▫️文章题目Multiomic analysis of different horse breeds reveals that gut microbial butyrate enhances racehorse athletic performance▫️发表期刊npj Biofilms and Microbiomes▫️组学技术宏基因组宏转录组短链脂肪酸靶向代谢组▫️模型赛马 小鼠 人类运动员公共数据集研究背景运动表现受遗传、训练以及肠道微生物共同调控已有研究发现肠道菌群可影响宿主运动能力但肠道菌群代谢物调控赛马竞技性能的因果机制尚不清晰丁酸盐作为关键的肠道微生物短链脂肪酸代谢物在马匹运动生理中的功能缺少多组学联合证据赛马既是高价值运动动物模型也可为人类运动生理学提供参考因此该研究借助多组学结合动物模型探究肠道微生物及其代谢产物丁酸盐对赛马运动能力的作用。研究思路研究结论本研究证实产丁酸细菌和 / 或丁酸盐可跨物种提升机体运动表现。产丁酸细菌有潜力开发为新型益生菌通过调控肠道微生物组来改善运动能力。肠道中的若干产丁酸细菌或者血液中的丁酸盐浓度可作为候选优秀运动员优化运动训练的潜在生物标志物。因此作者提出“微生物‑肠道‑骨骼肌‑线粒体轴”的协同调控模型用以阐释宿主运动能力的增强机制。本研究结果为通过研究肠道微生物生态系统来提升宿主运动表现提供了新见解与研究范式。结果展示图1 | 参与丁酸盐合成的肠道微生物与赛马的运动表现存在显著相关性。A组装完成的MAGs基础信息通过PhyloPhlAn软件构建的赛马与非赛马肠道MAGs系统发育树——彩色圆圈代表各MAGsB对所有赛马n 58及非赛马样本包括伊利马n 35、藏马n 10、云南矮种马n 10和阿克泰克马n 10的分类学组成进行主坐标分析PCoAC赛马与非赛马肠道中丰度差异最大的30个MAGs颜色由蓝色渐变为红色表示MAGs丰度递增D赛马与非赛马之间参与丁酸盐合成关键酶编码基因的丰度差异——在丁酸盐合成通路中对在赛马与至少一种非赛马品种间丰度存在显著差异的酶以红色标注。图 2与非赛马相比赛马肠道内丁酸盐合成水平显著升高。A 柱状图基于马粪便宏转录组分析展示编码丁酸盐合成关键酶的转录本丰度。B 小提琴图Pod plots靶向代谢组检测得到的赛马与非赛马粪便短链脂肪酸SCFA浓度。括号内的数值代表赛马肠道中对应短链脂肪酸相对非赛马的含量变化倍数。图 3丁酸钠灌胃可延长小鼠跑步机力竭运动时间。丁酸钠灌胃能够显著提升小鼠血清中的丁酸盐浓度在不改变其他短链脂肪酸含量的前提下显著改善小鼠的运动能力A与肌肉抓力B。靶向代谢组学结果表明C丁酸盐水平显著升高。* 代表差异显著** 代表差异高度显著。图 4丁酸盐处理对小鼠肌肉与线粒体产生有益作用。A与肌纤维类型相关基因的相对表达B苏木精‑伊红HE染色的骨骼肌代表性图片C对照组与丁酸盐处理组小鼠的平均肌纤维直径D丁酸盐处理小鼠线粒体功能相关基因的相对表达E能量代谢相关基因的相对表达F对照组与丁酸盐处理组小鼠腓肠肌中线粒体 DNAmtDNA与核 DNA 比值的定量分析。以 β‑actin 作为内参基因。图 5独立队列的人类运动员与对照人群的肠道微生物组分析。A人类运动员n10与对照组n10肠道微生物物种组成的主坐标分析PCoA。B编码丁酸盐合成酶的基因在人类运动员肠道微生物中富集。柱状图展示人类运动员与对照组之间丁酸盐合成关键酶编码基因的丰度差异。图 6微生物组‑肠道‑肌肉轴的机制模型丁酸盐由特定微生物大量生成被宿主吸收后进入血液循环并发挥作用。关于百易汇能宏基因组 - 武汉百易汇能生物科技有限公司http://www.bioyigene.com/keyan/weishengwu/hongji/武汉百易汇能生物科技有限公司坐落于武汉光谷高农生物园总部是一家专注于第二代、第三代测序技术在人类健康和生命科学研究两大领域的高新技术企业。公司引进了高通量基因测序平台、单细胞平台、质谱平台以及华为超算平台。现有自主开发的发明专利6项实用新型专利15项软著60余项。成立以来累计参与发表文章2200余篇包括CellNature GeneticsPNASFood chemistry等各领域顶级期刊。
