基于组学的蚯蚓（Amynthas heterochaetus）自身免疫系统及肠道微生物群落协同防御机理研究

发布时间：2017-12-23 14:17

  本文关键词：基于组学的蚯蚓（Amynthas heterochaetus）自身免疫系统及肠道微生物群落协同防御机理研究　出处：《中国农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：蚯蚓生活在复杂的土壤环境中,时刻与各类微生物亲密接触,但其仅具天然免疫系统,是如何成功的防御病原菌的呢?本研究以高致病性的肠出血性大肠杆菌E.coli O157:H7作为胁迫因子,利用第二代测序技术(Illumina,pair-end)、同位素标记相对和绝对定量(isobaric tags for relative and absolute quantitation,iTRAQ)技术,对E.coli O157:H7胁迫下异毛远盲蚓免疫相关的基因和蛋白进行筛选；同时,还利用T-RFLP技术和16S rRNA克隆文库技术,对胁迫过程中异毛远盲蚓肠道中的细菌群落的响应进行研究。主要研究结果为：(1)构建了第一个亚洲野生型蚯蚓的转录组和蛋白质组信息库,并完成了功能注释。通过Nr注释,发现异毛远盲蚓的转录组的蛋白编码序列与海蠕虫(Capitella teleta,28%)和水蛭(Helobdella robusta,20.1%)有较高的相似性；此外,还与属于软体动物门的巨牡蛎(Crassostrea gigas,8.2%)、青螺(Lottia gigantea,4.2%)、海兔(Aplysia californica,3.6%)也具有相似性,这从功能基因组水平上说明了环节动物门与软体动物门具有较近的进化关系(2)通过比较转录组学和比较蛋白质组学分析,以及转录组与蛋白质组联合分析,发现了130个与异毛远盲蚓体内蛋白质泛素化过程有关的基因及蛋白,并对其中51个表达量发生显著变化免疫相关基因及蛋白的功能进行了注释。发现了22个与异毛远盲蚓补体系统有关的基因及蛋白,并对其中17个表达量发生显著变化的免疫相关基因及蛋白的功能进行了注释。从而证明了蛋白质泛素化和补体系统在异毛远盲蚓免疫体系中具有重要作用。(3)研究了外源性细菌群落在通过异毛远盲蚓肠道时,细菌总数、群落结构以及E.coli0157：H7数量的变化规律。发现E.coli O157:H7的数量在进入异毛远盲蚓的消化道后,首先会被嗉囔和砂囊的物理消化作用削减。在进入肠道后,肠道细菌群落对E.coli O157:H7的削减作用主要发生在肠道前部；而肠道中部的细菌群落则表现出对E.coli O157:H7数量的调控,对高浓度的E.coli O157:H7(每克内容物干重中大于104)表现出抑制作用,而对低浓度的E.coli O157:H7表现出促进作用；肠道后部的细菌群落相对稳定,其细菌总数和群落结构均不易受到影响。Pseudomonadaceae(假单胞菌)和Clostridiaceae(梭菌)是参与应对E.coli O157:H7胁迫的主要肠道菌群,它们的数量变化具有诱导性。(4)研究了不同细菌群落的食物在通过异毛远盲蚓肠道过程中,细菌总数和群落结构的变化规律。发现了异毛远盲蚓的嗉囔和砂囊对革兰氏阴性细菌具有选择性削减作用,这种作用可能与细胞壁的成分有关；异毛远盲蚓的肠道细菌群落具有内稳态机制,可以抵御外源性细菌的干扰,保持群落结构的稳定性；在嗉囔和砂囊的选择性削减作用与肠道细菌群落的内稳态机制的共同作用下,异毛远盲蚓的消化道对外源性细菌群落产生了“归一化”效应,这种效应可以使不同食物中的细菌群落在经过异毛远盲蚓的消化道后,其细菌群落结构趋于一致。综上,异毛远盲蚓防御E.coli O157:H7的生态免疫体系是由自身的免疫系统和肠道菌群的协助免疫组成的。蛋白质泛素化和补体系统在异毛远盲蚓的免疫系统中发挥了重要作用,而肠道细菌的协同防御又可以帮助宿主降低致病菌的胁迫程度。我们构建的异毛远盲蚓转录组和蛋白质组数据库,可以为蚯蚓代谢、生殖、免疫的机理研究,以及后续的基因组学研究提供重要参考；异毛远盲蚓消化道对外源性细菌群落“归一化”效应及其肠道细菌群落内稳态的发现可以为研究蚯蚓的适应性机制提供理论依据。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q78;Q93
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本文编号：1324219