ABO 遺伝子型はブタの GalNAc レベルを調節することで腸内細菌叢を変化させる
Sep 06, 2023
Nature volume 606、pages 358–367 (2022)この記事を引用
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腸内微生物叢の構成は個人差が大きく、健康状態と相関しています1。 宿主の遺伝学がこの変異にどの程度、どのように寄与しているのかを理解することは不可欠であるが、特にヒトでは関連性が再現されていないため、困難であることが判明している2。 今回我々は、大規模なモザイク豚集団における腸内細菌叢の組成に対する宿主の遺伝子型の影響を研究します。 私たちは、遺伝的多様性と環境の均一性が悪化した条件下では、微生物叢の構成と特定の分類群の豊富さが遺伝性であることを示します。 私たちは、ツツジ科種の存在量に影響を与える量的形質遺伝子座をマッピングし、それがヒトの ABO 血液型を支える N-アセチル-ガラクトサミニル-トランスフェラーゼをコードする遺伝子の 2.3 kb の欠失によって引き起こされることを示します。 我々は、この欠失がバランス選択のもとでの350万年以上前の種間多型であることを示す。 我々は、それが腸内のN-アセチル-ガラクトサミンの濃度を減少させ、それによってN-アセチル-ガラクトサミンを輸入して異化することができる丹毒の存在量を減少させることを実証しました。 私たちの結果は、この関連性を支える分子機構についての洞察と併せて、腸内の特定の細菌の存在量に対する宿主の遺伝子型の影響についての非常に強力な証拠を提供します。 私たちのデータは、農村部の人間集団における同様の影響を特定するための道を開きます。
生物の生理機能と病理学を包括的に理解するには、宿主とその複数の微生物叢の統合的な分析が必要であることがますます認識されています1。 ヒトでは、腸内微生物叢の組成は、HDL コレステロール、空腹時血糖値、BMI などの生理学的および病理学的パラメーターと関連しています2。 家畜では、第一胃マイクロバイオームの構成がメタン生成と飼料効率に関連しています3。 これらの相関関係は、宿主の生理機能に対するマイクロバイオームの直接的(因果的)影響を含む可能性のある、宿主と微生物叢の間の複雑な相互作用を反映しています4。 微生物叢の構成と相関するいくつかの表現型は遺伝性です5,6。 これは、宿主の遺伝子型が微生物叢の構成を部分的に決定し、それが宿主の表現型に影響を与える可能性があるという仮説につながります4。 これは、微生物叢の構成が部分的に遺伝することを意味します。 げっ歯類での研究はこれを裏付けていますが 7、人間では証拠はそれほど説得力がありません。 最初の報告では、二卵性双生児と比較して一卵性双生児間の微生物叢の類似性が高いことは明らかにされておらず、宿主の遺伝子型の影響が限定的であることが示唆されています8。 より精度の高い研究により、分類群、特にクリステンセネラ科の豊富さに対する宿主遺伝学の重大な影響の証拠が提供されました9。 微生物叢の遺伝性を支える遺伝子座をヒトで特定することは依然として困難である。 ラクターゼ (LCT) の持続的発現を引き起こし、ビフィズス菌存在量の減少に関連する変異体とは別に、他の GWAS 遺伝子座は複製が難しいことが証明されています 2,10,11,12,13,14。 微生物叢構成の遺伝的構造をより深く理解するには、より大規模なヒトコホートの分析が必要です。
大型の単胃雑食動物における腸内微生物叢組成の遺伝的構造を解読するために、我々はモザイクブタ集団の生成とその腸内微生物叢の縦断的特徴付けを報告する。 我々は、微生物叢の組成に対する宿主の遺伝子型の強い影響を観察し、腸内のN-アセチル-ガラクトサミンの濃度を制御することで、特定の分類群の存在量に大きな影響を与える遺伝子座を特定し、それによってこの代謝物を利用するいくつかの種に影響を与えました。炭素源。
7,500) mosaic population by intercrossing the offspring of 61 F0 founders from four Chinese and four western breeds for more than 10 generations (Supplementary Table 1 and Extended Data Fig. 1). Animals were reared in uniform housing and feeding conditions. We analysed more than 200 phenotypes (pertaining to body composition, physiology, disease resistance and behaviour), obtained transcriptome, epigenome and chromatin interaction data from multiple tissues, and collected plasma metabolome and microbiome data in up to 954 F6 and 892 F7 animals. The F0 animals were whole-genome sequenced at an average depth of 28.4-fold, and the F6 and F7 animals were sequence at an average depth of 8.0-fold. We called genotypes at 23.8 million single-nucleotide polymorphisms (SNPs) and 6.4 million insertion–deletions (indels) with a minor allele frequency (MAF) of ≥0.03 (>1/100 bp). The nucleotide diversity (π) (that is, the proportion of nucleotide sites that differ between homologous sequences in two breeds) between two Chinese breeds and between two European breeds was similar to that between Homo sapiens and Homo neanderthalensis (~3 × 10−3)15, whereas the π between a Chinese and a European breed approached half of that between human and chimpanzee (~4.3 × 10−3)16. The proportion of the eight founder genomes in F6 and F7 ranged from 11.2% to 14.7% at the genome level, and from 4.9% to 22.1% at the chromosome level. The median number of variants in high linkage disequilibrium (LD) (r2 ≥ 0.9) with an index variant was 30, and the median maximal distance with a variant in high LD (r2 ≥ 0.9) was 54 kb (Extended Data Fig. 1)./p>5% were filtered out. Non-redundant MAGs were generated by dRep (v.2.3.2) at threshold of 99% average nucleotide identity (ANI)92./p>