微生物研究应用广泛，涉及动物、植物、人类疾病等各个领域，随着测序手段日趋成熟，单一测序较难发表高水平文章，多组学关联研究逐渐成为“快速”发文的有力“武器”。小编接下来通过两篇文章来介绍多组学在微生物与动物抗性机制研究中的应用，希望能为相关领域老师提供研究思路。
研究背景
食草昆虫能够从不同的来源获得它们的肠道微生物群落，这些微生物在昆虫宿主对植物次生防御性化合物的耐受中起着重要作用。山茶花象鼻虫（CW，茶籽象）是油茶属植物的一种专性种子寄生虫。以前的研究将CW的肠道微生物组与CW对油茶种子中茶皂素（TS）的耐受性联系起来。然而，这些肠道微生物组的来源、参与TS耐受性的关键细菌以及这些细菌的降解机制仍未解决。本研究表明，CW肠道微生物组受来自土壤的微生物组的影响要大于来自果实的微生物组。土壤中的不动杆菌属为核心细菌，而不动杆菌被认为是负责肠道中的茶皂素降解。随后的实验使用荧光标记的培养物验证了分离出的不动杆菌AS23可以迁移到CW幼虫的肠道中，并最终赋予其宿主降解茶皂素的能力，从而使CW作为一种害虫在植物果实中生存，抵御更高浓度的防御性化学物质。
技术路线
研究结论
01 与果实相比，土壤微生物群是油茶害虫茶籽象肠道菌群的主要来源，其中不动杆菌属丰度较高。
02 不动杆菌中茶皂素（油茶的一种防御性次级代谢物）降解相关代谢通路显著富集，体外实验确认不动杆菌具有降解茶皂素能力。
03 荧光标记实验证明，不动杆菌AS23菌株可以从土壤迁移到油茶象幼虫肠道中，赋予其降解茶皂素的能力，使其耐受油茶种子中的茶皂素，从而能够在油茶种子中生存。
04 土壤来源的肠道菌群赋予了茶籽象更强的植物毒素耐受能力。
研究背景
藏羊在极度寒冷和缺乏营养的恶劣环境下，仍能维持正常的生活及繁衍后代。然而，藏羊在寒冷季节适应性的分子和代谢机制仍不清楚。因此，该研究对藏羊模型中的瘤胃上皮形态、上皮转录组学、微生物学和代谢组学进行了综合分析。结果表明，寒季藏羊瘤胃上皮形态结构发生适应性变化，转录组学分析表明，差异基因主要富集于PPAR信号通路（ko03320）、军团菌病（ko05134）、吞噬体（ko04145）、精氨酸和脯氨酸代谢（ko00330）以及细胞色素P450对异生素的代谢（ko00980）。在寒冷季节鉴定出独特的差异代谢物，如紫苏苷A、血异菌素B和色氨酸-缬氨酸，主要富集于花生四烯酸代谢途径、花生四烯酸代谢和亚麻酸代谢途径，与微生物具有一定的相关性。综合转录组-代谢组-微生物组分析表明，上皮基因GSTM3在寒冷季节通过细胞色素P450途径在异生素代谢中的表达上调，导致一些有害代谢物的下调；寒冷季节军团病通路中TLR5基因表达上调，CD14基因表达下调。本研究全面描述了寒季放牧藏羊瘤胃宿主与微生物及其代谢产物的相互作用机制。瘤胃上皮基因、微生物群和代谢物在与寒冷季节适应相关的一些关键途径中起着共同作用。
技术路线
研究结论
01在高海拔寒冷季节环境的刺激下，藏羊瘤胃上皮和瘤胃微生物及其代谢产物的转录状态发生了适应性变化，导致瘤胃上皮形态结构发生变化。
02 瘤胃上皮细胞和细胞器生长相关途径的差异表达基因富集，这可能导致瘤胃上皮形态的改变。差异表达基因主要富集在脂质代谢、糖异生和机体免疫相关通路，从而提高了藏羊在寒冷季节的免疫功能。
03 在寒冷季节，紫苏苷A、血异菌素B和色氨酸-缬氨酸独特的差异代谢物使瘤胃上皮在抗氧化、抗炎和生长过程中起着至关重要的作用，这些差异代谢物在细胞代谢、生理调节和免疫中发挥重要作用。
04 综合转录组-代谢组-微生物组通路分析显示，在细胞色素P450 (KO00980)通路代谢过程中，上皮根GSTM3在寒冷季节上调表达，导致部分有害代谢物下调。由此可见，藏羊瘤胃器官具有较高的生理排毒能力。在外界环境和微生物代谢产物的刺激下，军团菌病(ko05134)通路中的TLR5基因在寒冷季节表达上调，CD14基因表达下调，导致藏羊在寒冷季节先天免疫功能的提高。除类固醇激素生物合成途径(ko00140)和视黄醇代谢途径(ko00830)外，还产生大量糖苷和维生素a等代谢产物，为寒季藏羊提供了特定的能量需求。这些关键途径为揭示藏羊寒冷季节适应性背后的分子和代谢机制提供了依据。
参考文献
[1]Zhang S, Li Z, Shu J, Xue H, Guo K, Zhou X. Soil-derived bacteria endow Camellia weevil with more ability to resist plant chemical defense. Microbiome. 2022 Jun 25;10(1):97. doi: 10.1186/s40168-022-01290-3. PMID: 35752840; PMCID: PMC9233397.
[2]Liu X, Sha Y, Lv W, Cao G, Guo X, Pu X, Wang J, Li S, Hu J, Luo Y. Multi-Omics Reveals That the Rumen Transcriptome, Microbiome, and Its Metabolome Co-regulate Cold Season Adaptability of Tibetan Sheep. Front Microbiol. 2022 Apr 13;13:859601. doi: 10.3389/fmicb.2022.859601. PMID: 35495720; PMCID: PMC9043902.
