Science连续14年收集野生狒狒

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亲人之间不仅长相相似，就连肠道菌群都比外人更相似，但这种相似性在多大程度上由共享的基因型或环境造成的，还一直是一个有争议的话题。就微生物组学研究而言，一个重要目标是确定肠道微生物的遗传力。然而，目前研究表明遗传性肠道微生物类群并不常见，在人类中，只有3%到13%的肠道微生物具有非零遗传力，据估算总体微生物组遗传力可能低至0.。

当然，准确估计人类微生物组的h2（遗传方差占性状方差的比值，可以理解为遗传因素对性状的影响）存在挑战。具体来说，亲属，尤其是双胞胎和其他一级亲属，是大多数微生物遗传力研究的基础，但他们经常分享饮食、行为和生存环境，这可能导致遗传力被高估。其次，微生物丰度是动态变化的，很难通过一次性测量就准确地确定表型，但目前对人类微生物组遗传力的所有估计都依赖于横断面微生物组取样。由于环境条件和宿主属性的变化，h2在宿主的一生中可能会发生多次变化，然而迄今为止，还没有对肠道微生物组遗传力的研究能够完全解释这种时间变异性或其对环境的依赖性。

近日，来自美国明尼苏达大学的LauraGrieneisen等四个团队在Science杂志上合作发表了一篇题为Gutmicrobiomeheritabilityisnearlyuniversalbutenvironmentallycontingent的文章，研究人员利用14年来从只野生狒狒身上收集的个肠道微生物群的资料，揭示了宿主基因对肠道微生物群的影响几乎是普遍现象，在控制饮食、年龄和社会生态学变异因素后，97%的微生物组表型具有显著可遗传性。相对于先前的横断面研究，该研究强调了纵断面和大样本量对于量化微生物遗传力是至关重要的。

首先，作者对这期间收集的粪便样本完成16srRNA测序，每个样本都附带包括谱系关系、群体水平饮食组成、环境条件等细粒度数据。许多菌门的丰度都随饮食组成显示出周期性波动，同时也能够反映出干湿季交替（图1）。利用这些数据，作者使用ASReml-Rv3中实施的动物模型分别估计每个表型的h2，这种方法使得环境变量的影响可以被排除，结果显示97%的单个分类单元和群落表型都是显著遗传的。

图1.采集期间的饮食数据和菌门丰度变化

接下来，作者研究了狒狒和人类肠道微生物类群是否受寄主基因型的影响，以此可以判断微生物类群的性状遗传力是否是保守的。在这项研究中，作者发现在七个人类数据集的至少一个中，32个微生物类群的遗传力估计值是相关的，提示人类和狒狒有共同的遗传类群。

为什么微生物组的h2估计值在不同的研究中经常不同？为了解决这个问题，作者调查了可能影响性状遗传力的社会和环境因素，发现旱季的h2平均比雨季高48%。此外，年龄等宿主特征也可以改变性状遗传力，对于许多微生物表型，h2随着宿主年龄的增长而增加，这一结果是由于宿主年龄增长，肠道菌群遗传贡献增加，而环境等因素贡献减少所致（例如年长狒狒饮食少、社会伴侣多样性随年龄增长而降低等）。

此外，作者还发现，如果随机将数据集分为每个个体一个样本来模拟横向数据，就会发现只有5%的表型具有显著遗传性。这一比例与大多数人类研究中描述的比例相当，且会随着每个个体纵向样本的增加而增加。由此可见，这一研究结果与迄今为止的所有人类类似研究均有质的不同，排除了横断面研究对于可能影响遗传力水平的环境因素的缺乏，并表明肠道菌群几乎普遍的遗传性，而非在人类中发现的只有极少数可遗传的表型，强调了深度纵向取样的重要性。

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