近日，中国农业科学院蜜蜂研究所传粉昆虫繁殖与授粉应用团队将传粉蜂肠道内优势菌Gilliamella和Snodgrassella分离纯化后进行基因组测序，并联合NCBI数据库中已有的公共数据，对147 Gilliamella和88 Snodgrassella细菌基因组进行生物信息学分析，结果揭示了传粉蜂肠道中这两种优势菌与宿主在物种分类，系统进化及功能分化之间的相互联系，同时也为宿主异质性对细菌物种形成以及基因组功能分化的影响提供了很好的见解，相关研究结果发表在《生物工程（Bioengineering）》上。

Gilliamella和Snodgrassella是传粉蜂肠道中的优势菌群，研究表明其与宿主（熊蜂和蜜蜂）之间的协同进化已有8000万年，因此具有较高的谱系多样性和对宿主的适应性，然而这种多样性是如何产生和维持到目前为止还不清楚。为了探究宿主肠道菌的系统进化以及适应不同宿主功能演化，该研究利用蜜蜂和熊蜂作为对象来研究其驱动肠道菌物种形成和适应宿主的进化机制。

首先，根据ANI（平均核苷酸一致性）和GTDB（基因组分类数据库）分类，发现Gilliamella有27个不同种，而Snodgrassella有7个不同的种。在这些不同种之间，同一宿主的蜂王，雄蜂和工蜂肠道中相同肠道菌谱系关系最近，而不同属的宿主肠道菌谱系关系最远。在泛基因组分析中，通过KEGG（京都基因与基因组百科全书）功能和通路注释研究核心基因，附属基因和独有基因的功能。研究发现对Gilliamella而言，附属或独有基因在碳水化合物代谢、氨基酸代谢、膜转运、能量代谢以及辅助因子和维生素代谢中发挥了重要的功能。对于Snodgrassella而言，除了以上类别，附属或独特基因还在传染病、脂质代谢、核苷酸代谢以及复制和修复等类别中发挥功能。另外，该研究还对已有数据集Gilliamella和Snodgrassella降解糖的部分基因以及生物合成基因簇进行了功能预测。

生殖隔离导致了基因交流的中断，从而造就物种形成和多样性。而与宿主相关的微生物群落的多样化则取决于不同宿主肠道环境隔离或是由单个宿主肠道内生态位的划分。本研究结果证明了以上观点，发现蜜蜂驱动和熊蜂驱动下的两种核心菌的附属基因和独有基因分别存在功能分化，以及同一宿主肠道菌降解糖的能力和次级代谢产物的分布均不同。这也为进一步理解肠道菌多样化驱动机制奠定了基础。

该研究得到中国农业科学院创新工程资助。（通讯员 李小英）

原文链接：https://doi.org/10.3390/bioengineering9100544