Fmr1基因敲除型小鼠肠道菌群结构分析

doi:10.3877/cma.j.issn.2095-5820.2020.03.007

中华临床实验室管理电子杂志 ›› 2020, Vol. 08 ›› Issue (03) : 158 -165. doi: 10.3877/cma.j.issn.2095-5820.2020.03.007

所属专题：文献；

实验研究

Fmr1基因敲除型小鼠肠道菌群结构分析

欧阳颖仪¹, 陈盛强², 田丽如¹, 杨晓怡¹, 邢晓敏¹, 庄海明³, 黄晓妃³, 邓小燕¹^,^†(

)

^1. 510182　广州，广州医科大学金域检验学院
^2. 510260　广州，广州医科大学附属第二医院神经科
^3. 510182　广州，广州医科大学第二临床学院

收稿日期:2020-04-03 出版日期:2020-08-28
通信作者: 邓小燕
基金资助:
2020年广东省科技创新战略（"攀登计划"专项资金）项目(06-407-2003005); 2019广州医科大学大学生科技创新项目(2018A090); 2019年广东省大学生创新创业训练计划项目(S201910570077); 2019年广州医科大学大学生实验室开放项目(2019-82-20)

Analysis of intestinal flora composition in Fmr1 knockout mice

Yingyi Ouyang¹, Shengqiang Chen², Liru Tian¹, Xiaoyi Yang¹, Xiaomin Xing¹, Haiming Zhuang³, Xiaofei Huang³, Xiaoyan Deng¹^,^†()

^1. KingMed School of Laboratory Medicine, Guangzhou Medical University, Guangzhou 510182, China
^2. The Institute of Neuroscience, The Second Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University, Guangzhou 510260, China
^3. Department of Medical lmaging, The Second Clinical School of Guangzhou Medical University, Guangzhou 510182, China

Received:2020-04-03 Published:2020-08-28
Corresponding author: Xiaoyan Deng
About author:
Corresponding author: Deng Xiaoyan, Email: 13533574674@163.com

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引用本文：

欧阳颖仪, 陈盛强, 田丽如, 杨晓怡, 邢晓敏, 庄海明, 黄晓妃, 邓小燕. Fmr1基因敲除型小鼠肠道菌群结构分析[J]. 中华临床实验室管理电子杂志, 2020, 08(03): 158-165.

Yingyi Ouyang, Shengqiang Chen, Liru Tian, Xiaoyi Yang, Xiaomin Xing, Haiming Zhuang, Xiaofei Huang, Xiaoyan Deng. Analysis of intestinal flora composition in Fmr1 knockout mice[J]. Chinese Journal of Clinical Laboratory Management(Electronic Edition), 2020, 08(03): 158-165.

目的

探讨Fmr1基因敲除型小鼠粪便肠道细菌群落的结构及多样性。

方法

利用16S rRNA高通量测序技术对10份小鼠粪便样本进行测序分析并进行生物学分析。

结果

两组样本测序共获得高质量序列325 280条，核心菌门为拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门。Anosim分析表明基因敲除(KO)组与正常野生型(WT)组小鼠两组间具有显著差异，组内样品重复性满足数据分析要求，Adonis分析表明本次检验可信度高(P<0.05)。LDA值展现KO组与WT组小鼠肠道微生态菌群有明显差异，基于Unifrac距离，Amova分析表明KO和WT组组间差异显著(P<0.05)。

结论

KO组与WT组小鼠肠道微生物群落的结构及多样性存在显著差异且具有统计学意义，提示孤独症与肠道微生态系统密切相关，肠道微生态系统可能通过微生物代谢的间接作用影响孤独症的发生发展，但具体的作用机制仍需进一步的研究。

关键词: 16S rRNA, 肠道菌群, Fmr1基因敲除

Objective

To explore the structure and diversity of fecal bacterial community in Fmr1 knockout mice.

Methods

10 mouse feces samples were sequenced and analyzed by 16S rRNA high-throughput sequencing.

Results

A total of 325 280 high quality sequences were obtained from the two groups of samples. And 3 core bacteria were Bacteroidetes, Firmicutes and Proteobacteria.The analysis of Anosim showed that there were significant differences between the knockout (KO) and the wild-type (WT) groups.The repeatability of the samples within the group meets the data analysis requirements.The analysis of Adonis showed that the reliability of this test was high (P<0.05). LDA showed significant differences in intestinal microflora between KO and WT groups.Based on the distance of Unifrac,the analysis of Amova showed significant differences between KO and WT groups (P<0.05).

Conclusions

The intestinal microbial community structure and diversity of KO and WT groups exists significant differences,indicating that autism is closely related to the intestinal micro ecology system. The intestinal microecology system may affect the development of autism by microbial metabolism indirectly, but the exact mechanism still needs further research.

Key words: 16S rRNA, Intestinal flora, Fmr1 knockout mice

图1 实验小鼠鉴定结果

表1 样本OTU统计

样本	原始序列数	有效序列数	OTU数目
KO1	54472	28842	733
KO2	53470	27583	716
KO3	54921	26620	847
KO4	54942	30736	721
KO5	53779	26789	849
KO6	51993	28526	731
WT7	70203	36610	759
WT8	81801	50343	775
WT9	62920	36365	749
WT10	58078	32866	712
总计	596579	325280	7592

表1 样本OTU统计

样本	原始序列数	有效序列数	OTU数目
KO1	54472	28842	733
KO2	53470	27583	716
KO3	54921	26620	847
KO4	54942	30736	721
KO5	53779	26789	849
KO6	51993	28526	731
WT7	70203	36610	759
WT8	81801	50343	775
WT9	62920	36365	749
WT10	58078	32866	712
总计	596579	325280	7592

图2 Anosim组间差异分析图

表2 KO与WT样本的Alpha多样性统计

样本	PD-whole-tree	Chao1	Dominance	Observed-species	Shannon	Simpson
KO1	62	1060.967016	0.054301489	710	5.715867183	0.945698511
KO2	61	1013.261698	0.104109887	707	5.405876926	0.895890113
KO3	71	1223.833333	0.033974673	847	6.404443506	0.966025327
KO4	61	962.3631704	0.11537877	686	5.318577198	0.88462123
KO5	72	1180.905008	0.064485516	847	6.239692413	0.935514484
KO6	61	1074.810021	0.085809198	711	5.671229479	0.914190802
WT7	59	987.5758749	0.065782078	675	5.569531197	0.934217922
WT8	56	967.4489948	0.123716216	609	5.057548374	0.876283784
WT9	60	1053.761107	0.081688688	664	5.357444548	0.918311312
WT10	57	1035.506268	0.095050123	655	5.225536767	0.904949877

表2 KO与WT样本的Alpha多样性统计

样本	PD-whole-tree	Chao1	Dominance	Observed-species	Shannon	Simpson
KO1	62	1060.967016	0.054301489	710	5.715867183	0.945698511
KO2	61	1013.261698	0.104109887	707	5.405876926	0.895890113
KO3	71	1223.833333	0.033974673	847	6.404443506	0.966025327
KO4	61	962.3631704	0.11537877	686	5.318577198	0.88462123
KO5	72	1180.905008	0.064485516	847	6.239692413	0.935514484
KO6	61	1074.810021	0.085809198	711	5.671229479	0.914190802
WT7	59	987.5758749	0.065782078	675	5.569531197	0.934217922
WT8	56	967.4489948	0.123716216	609	5.057548374	0.876283784
WT9	60	1053.761107	0.081688688	664	5.357444548	0.918311312
WT10	57	1035.506268	0.095050123	655	5.225536767	0.904949877

图3 Alpha多样性分析曲线图。A：样本的Observed species指数稀释曲线；B：样本的Shannon指数稀释曲线；C：样本的Rank Abudance指数稀释曲线

图4 Beta分析示意图。A：所示为样本PCoA(Unweighted Unifrac)分析图；B：样本PCoA(Weighted Unifrac)分析图

图5 各样本UPGMA聚类结果示意图。A：基于Unweighted Unifrac距离的UPGMA聚类树；B：基于Weighted Unifrac距离的UPGMA聚类树

图6 Venn图

表3 KO组与WT组中肠道微生态菌群在门水平上的序列丰度

门水平	相对丰度%#		P值
门水平	KO组	WT组	P值
厚壁菌门	16.45	22.38	0.114
变形菌门	6.07	4.10	0.257
脱铁杆菌门	1.07	0.46	0.476
拟杆菌门	73.32	70.56	0.610
软壁菌门	0.92	1.38	0.914
其他	2.19	1.12	?

表3 KO组与WT组中肠道微生态菌群在门水平上的序列丰度

门水平	相对丰度%#		P值
门水平	KO组	WT组	P值
厚壁菌门	16.45	22.38	0.114
变形菌门	6.07	4.10	0.257
脱铁杆菌门	1.07	0.46	0.476
拟杆菌门	73.32	70.56	0.610
软壁菌门	0.92	1.38	0.914
其他	2.19	1.12	?

表4 KO组与WT组中肠道微生态菌群在科水平上的序列丰度

科水平	相对丰度%#		P值
科水平	KO组	WT组	P值
紫单胞菌科	1.95	0.42	0.010*
拟杆菌科	6.03	2.00	0.038*
脱硫弧菌科	0.57	2.52	0.038*
螺杆菌科	3.41	0.98	0.067
瘤胃菌科	1.87	2.78	0.114
乳酸菌科	1.67	6.94	0.171
帕拉普氏菌科	2.98	12.68	0.257
脱铁杆菌科	1.07	0.46	0.476
毛螺菌科	5.58	7.70	0.476
奥德杆菌科	1.68	3.32	0.476
产碱菌科	1.33	0.32	0.610
支原体	0.60	1.06	0.610
S24-7	30.56	22.89	0.610
理研菌科	3.22	3.21	0.762
普氏菌科	23.88	23.14	1.000
其他	13.60	9.59	?

表4 KO组与WT组中肠道微生态菌群在科水平上的序列丰度

科水平	相对丰度%#		P值
科水平	KO组	WT组	P值
紫单胞菌科	1.95	0.42	0.010*
拟杆菌科	6.03	2.00	0.038*
脱硫弧菌科	0.57	2.52	0.038*
螺杆菌科	3.41	0.98	0.067
瘤胃菌科	1.87	2.78	0.114
乳酸菌科	1.67	6.94	0.171
帕拉普氏菌科	2.98	12.68	0.257
脱铁杆菌科	1.07	0.46	0.476
毛螺菌科	5.58	7.70	0.476
奥德杆菌科	1.68	3.32	0.476
产碱菌科	1.33	0.32	0.610
支原体	0.60	1.06	0.610
S24-7	30.56	22.89	0.610
理研菌科	3.22	3.21	0.762
普氏菌科	23.88	23.14	1.000
其他	13.60	9.59	?

表5 KO组与WT组中肠道微生态菌群在属水平上的序列丰度

属水平	相对丰度%#		P值
属水平	KO组	WT组	P值
副杆状菌属	1.94	0.41	0.010*
颤螺旋菌属	0.93	2.08	0.019*
拟杆菌属	6.03	2.00	0.038*
螺杆菌属	3.36	0.98	0.067
乳酸菌属	1.67	6.93	0.171
[普雷沃氏菌属]	2.87	12.63	0.171
牧斯皮氏菌属	1.07	0.46	0.476
臭杆菌	1.68	3.32	0.476
支原体	0.60	1.06	0.610
萨特氏菌属	1.33	0.32	0.610
普氏菌属	23.85	23.12	1.000
其他	54.67	46.70	?

表5 KO组与WT组中肠道微生态菌群在属水平上的序列丰度

属水平	相对丰度%#		P值
属水平	KO组	WT组	P值
副杆状菌属	1.94	0.41	0.010*
颤螺旋菌属	0.93	2.08	0.019*
拟杆菌属	6.03	2.00	0.038*
螺杆菌属	3.36	0.98	0.067
乳酸菌属	1.67	6.93	0.171
[普雷沃氏菌属]	2.87	12.63	0.171
牧斯皮氏菌属	1.07	0.46	0.476
臭杆菌	1.68	3.32	0.476
支原体	0.60	1.06	0.610
萨特氏菌属	1.33	0.32	0.610
普氏菌属	23.85	23.12	1.000
其他	54.67	46.70	?

表6 Adonis组间差异分析统计表

Vs_group	Df	SumsOfSqs	MeanSqs	F.Model	R²	Pr(>F)
KO_WT	1	0.321	0.321	3.401	0.298	0.004

表6 Adonis组间差异分析统计表

Vs_group	Df	SumsOfSqs	MeanSqs	F.Model	R²	Pr(>F)
KO_WT	1	0.321	0.321	3.401	0.298	0.004

表7 Amova组间差异分析统计表

GroupVS	SS	df	MS	Fs	p-value
KO-WT	0.321018(1.07618)	1(9)	0.321018(0.0943948)	3.4008	<0.001*

表7 Amova组间差异分析统计表

GroupVS	SS	df	MS	Fs	p-value
KO-WT	0.321018(1.07618)	1(9)	0.321018(0.0943948)	3.4008	<0.001*

图7 LDA值分布图

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