中大新聞網(wǎng)訊（通訊員熊麗娜）瀕危野生動(dòng)物如何適應(yīng)食性的季節(jié)性變化，直接關(guān)乎其在野外的生存，進(jìn)而影響生物多樣性的保護(hù)。天行長(zhǎng)臂猿（Hoolock tianxing）是由我國(guó)科學(xué)家命名的唯一一種類(lèi)人猿，屬于國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物，IUCN紅色名錄將其列為瀕危（EN）物種，在我國(guó)境內(nèi)僅分布于云南省怒江以西的高黎貢山地區(qū)，種群數(shù)量不足200只。其分布區(qū)位于全球長(zhǎng)臂猿分布的北緣，而且生活在海拔1600至2500米的高海拔森林中，其食性具有典型的季節(jié)性變化，在果實(shí)匱乏的季節(jié)取食大量的葉（果食季和葉食季）。但是，長(zhǎng)臂猿是典型的果食性動(dòng)物，其消化系統(tǒng)（包括牙齒和消化道特征）似乎無(wú)法適應(yīng)高纖維食物。
生命科學(xué)學(xué)院范朋飛教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事我國(guó)長(zhǎng)臂猿的研究與保護(hù)工作，黃立南教授課題組長(zhǎng)期從事微生物生態(tài)與進(jìn)化研究。之前兩個(gè)課題組合作研究發(fā)現(xiàn)，天行長(zhǎng)臂猿腸道中原核微生物的季節(jié)性變化有助于天行長(zhǎng)臂猿適應(yīng)高食葉比例（Li et al., 2023; https://doi.org/10.1038/s41522-023-00388-2）。然而，作為腸道微生物群落中的重要組成部分，腸道噬菌體群落對(duì)于天行長(zhǎng)臂猿食性季節(jié)性變化的適應(yīng)機(jī)制還不清楚。
噬菌體是一種專(zhuān)性寄生的生物，因此其在細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)外均有存在。研究人員采用了病毒宏基因組和總宏基因組兩種方法來(lái)收集腸道中噬菌體的DNA，并首次證明，在腸道中，這兩種宏基因組對(duì)于噬菌體DNA的富集具有互補(bǔ)性，前者偏向于富集裂解型噬菌體的DNA，而后者偏向于富集溫和型噬菌體的DNA。
圖1 采樣信息以及兩種宏基因組方法比較
基于以上結(jié)果，研究人員分別使用病毒宏基因組和總宏基因組探究了裂解型噬菌體和溫和型噬菌體的群落動(dòng)態(tài)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在長(zhǎng)臂猿腸道中，對(duì)于高食葉比例進(jìn)行響應(yīng)的噬菌體類(lèi)群主要是寄生在毛螺菌科（Lachnospiraceae）微生物（與纖維素代謝功能有關(guān)）的裂解型噬菌體，其只會(huì)部分殺死宿主（Cull-the-Host）；而對(duì)于高食果比例進(jìn)行響應(yīng)的噬菌體類(lèi)群主要是寄生于擬桿菌科（Bacteroidaceae）微生物（與多糖水解發(fā)酵功能有關(guān)）的溫和型噬菌體，其隨宿主進(jìn)行復(fù)制（Piggyback-the-Host）。對(duì)兩種生活方式的噬菌體的功能進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，相比于裂解型噬菌體，溫和型噬菌體與原核微生物宿主間存在著更為廣泛的水平基因轉(zhuǎn)移，并且在天行長(zhǎng)臂猿的高食葉期，溫和型噬菌體會(huì)顯著富集一些與原核微生物宿主適合度有關(guān)的毒性-抗毒性（TA）基因。
圖2 天行長(zhǎng)臂猿腸道噬菌體類(lèi)群和功能對(duì)于食性的響應(yīng)
為了進(jìn)一步探究?jī)煞N噬菌體的生態(tài)動(dòng)力學(xué)背后的進(jìn)化機(jī)制，研究人員分析了裂解型噬菌體和溫和型噬菌體與微生物宿主的互作模式。由于裂解型噬菌體更傾向于殺死宿主，而溫和型噬菌體與宿主一起復(fù)制，因此，相比于裂解型噬菌體，溫和型噬菌體的群落動(dòng)態(tài)與原核微生物的群落動(dòng)態(tài)聯(lián)系更加緊密，同時(shí)，宿主對(duì)于裂解型噬菌體具有更強(qiáng)的選擇壓力，進(jìn)而導(dǎo)致裂解型噬菌體基因組上更快的SNP的丟失。對(duì)SNP位點(diǎn)的分析也顯示，裂解型噬菌體和溫和型噬菌體的SNP分別主要分布在與侵染宿主以及DNA復(fù)制有關(guān)的基因上。
圖3 腸道噬菌體群落的生態(tài)-進(jìn)化關(guān)聯(lián)
總之，該研究首次揭示了野生動(dòng)物的腸道噬菌體群落對(duì)于食性變化的適應(yīng)機(jī)制，并解析了天行長(zhǎng)臂猿腸道中噬菌體-原核微生物相互作用及其生態(tài)-進(jìn)化模式。
上述成果于2024年2月10日以“Eco-evolutionary dynamics of gut phageome in wild gibbons (Hoolock tianxing) with seasonal diet variations”為題在學(xué)術(shù)期刊Nature Communications上發(fā)表。中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院為文章的第一單位，范朋飛教授和黃立南教授為該論文的共同通訊作者，高少明特聘副研究員為該論文的獨(dú)立第一作者，學(xué)院已畢業(yè)博士生費(fèi)漢欖、博士后李琦以及在讀博士生藍(lán)麗英也參與了該項(xiàng)研究。該工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)專(zhuān)項(xiàng)，國(guó)家自然科學(xué)基金，廣東省自然科學(xué)基金，中國(guó)博士后科技基金以及中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)的資助。
