聶永剛團隊揭示大熊貓化學信號物質合成機制

　　化學通訊是野生動物重要的通訊方式之一。作為獨居性物種，大熊貓主要依賴于肛周腺分泌物和尿液進行化學標記來傳播信號，而肛周腺分泌物標記是最為獨特的一種。野外研究表明，這種標記行為存在季節性差異，也受環境條件影響。標記物中的小分子化學信號物質傳遞著重要的個體信息，起著促進繁殖、建立領地和穩定社群等重要作用。然而，關于這些重要化學信號物質的合成過程尚不清楚。研究表明，一些動物的腺體共生菌群可參與宿主化學信號物質的合成。那么，大熊貓是否存在類似特征，其化學信號物質的合成機制如何？若揭示這一問題，不僅可提高對其化學通訊行為的深入理解，也可為圈養種群的保護管理提供重要信息。資料顯示，圈養大熊貓僅有不到一半的個體可完成自然繁殖，這常被認為與化學信號的傳遞存在一定關系。

　　圍繞該問題，中國科學院動物研究所研究員聶永剛研究團隊利用氣相色譜-質譜聯用儀分析（GC-MS）和宏基因組測序技術比較大熊貓肛周腺和糞便中的氣味物質和共生菌群組成，發現氣味物質組成存在顯著差異，其共生菌群在門和屬水平上也差異顯著。共生細菌基因功能富集發現，肛周腺中脂質代謝功能基因顯著增加，包含支持化學信號物質合成的特定發酵菌群和酶，微生物代謝的脂肪酸降解途徑（ko00071）、脂肪酸生物合成途徑（ko00061）、酮體的合成和降解代謝途徑（ko00072）等在化學信號物質合成中發揮重要作用。功能貢獻分析表明，肛周腺微生物中參與脂質代謝的基因主要來自放線菌門，棒狀桿菌是野生和圈養大熊貓肛周腺中對脂質代謝貢獻最大的屬。三酰基甘油脂肪酶（EC: 3.1.1.3）是化學信號物質合成的關鍵酶，將皮脂腺分泌的甘油三酯分解為甘油和脂肪酸，然后進入脂肪酸降解等途徑逐級降解或合成最終被用于化學通訊的小分子化合物。在宏基因功能水平檢驗了“微生物發酵假說”。

　　同時，通過進一步比較分析野生和圈養個體化學信號物質和共生細菌特征，發現野生個體肛周腺中對脂質代謝貢獻第二的假單胞菌屬，在圈養個體中含量很低。這種菌群的缺乏將影響包括繁殖信息在內的關鍵化學信號物質的合成，進而影響個體間正常信息交流，推測可能是圈養個體自然繁殖力較差的主要原因之一。隨著相關技術發展，在未來的保護管理與科學研究中，可考慮通過特定菌群的重建，完善圈養個體化學信號物質的生物合成途徑，提高大熊貓化學通訊在圈養種群繁殖管理中的作用。

　　該研究為理解大熊貓化學通訊這一重要行為特征提供了新見解，也為這一正在恢復但仍受干擾的瀕危物種的保護與管理提供重要基礎信息。2月10日，相關研究結果以Symbiotic bacteria mediate volatile chemical signal synthesis in a large solitary mammal species為題，在線發表在The ISME Journal上，動物所博士周文良為論文第一作者，聶永剛為論文通訊作者。中科院院士魏輔文對該研究給予支持和指導，成都大熊貓繁育基地研究員齊敦武和中國農業大學教授金藝鵬在樣品采集過程中給予幫助。研究工作得到國家自然科學基金委員會、中科院和科技部等的支持。

圖1.大熊貓化學通訊行為

圖2.微生物介導大熊貓化學信號物質合成示意圖

圖3.大熊貓肛周腺分泌物和糞便化學信號成分、微生物群落、KEGG代謝通路和脂質代謝貢獻菌群比較