SCLS|断奶应激伴随的肠道菌群失调通过GC偏好密码子使用重编程仔猪免疫翻译

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SCLS|断奶应激伴随的肠道菌群失调通过GC偏好密码子使用重编程仔猪免疫翻译
中国科学杂志社 2026-11-02 08:56:44

近日,SCIENCE CHINA Life Sciences(《中国科学:生命科学》英文版)在线发表浙江大学动物科学学院宗鑫团队题为“Weaning stress reprograms immune translation through GC biased codon usage in piglets with gut microbiota dysbiosis”的研究论文,通过整合核糖体印迹测序(Ribo-seq)和RNA测序(RNA-seq),并结合16S rRNA测序,系统揭示了断奶应激下仔猪外周血单个核细胞(PBMCs)的免疫翻译重编程、GC偏好密码子使用与肠道菌群失调之间的关联。


1

关键发现


1.1 断奶应激重编程PBMC转录与翻译景观

RNA-seq分析发现94个上调、219个下调基因;Ribo-seq发现245个基因核糖体占据增加、60个降低。翻译效率分析显示70个基因TE增加、7312个降低,且Ribo-seq与RNA-seq差异基因仅3个重叠,提示存在显著转录后调控。免疫基因整体核糖体占据增加,TNFSF13、CCL25、CD82等关键炎症介质的翻译效率显著升高。


图1 断奶仔猪外周血单个核细胞的转录特征

1.2 密码子使用向GC3富集转变

健康仔猪PBMC中GC3密码子使用已高于AU3,断奶后这种偏好进一步增强。同义密码子家族分析显示,G/C结尾密码子更多出现在上调集合中,A/T结尾密码子更多出现在下调集合中,例如谷氨酸GAG vs GAA、苯丙氨酸TTC vs TTT、赖氨酸AAG vs AAA、亮氨酸CTG vs TTA/CTA/CTT、缬氨酸GTG vs GTT/GTA。断奶组GC3偏好显著高于健康组,但密码子适应指数(CAI)无全局差异。


图2 健康仔猪与断奶仔猪外周血单个核细胞中密码子使用的差异

1.3 肠道菌群失调与免疫基因翻译效率相关

断奶组微生物失调指数升高,Chao1多样性降低,菌群结构明显分离。健康仔猪富集Romboutsia、Lactobacillus、Turicibacter等;断奶仔猪富集Fusobacterium、Streptococcus、Megasphaera等。LEfSe分析进一步识别出两组差异菌群。相关分析显示,ASV9(Romboutsia sp.)和ASV13(Lachnoclostridium sp.)等微生物特征与CCL25、CD24、TNFSF13的翻译效率显著相关。


图3 断奶应激重塑肠道微生物群落,并与免疫基因翻译相关

1.4 微生物密码子使用也向GC富集偏移

健康仔猪富集菌群偏好AU3密码子,断奶应激富集菌群则偏好GC3密码子;断奶微生物群的GC3含量和CAI呈上升趋势。有效密码子数(ENC)分析显示,代表性细菌接近但不完全位于中性曲线,提示微生物密码子使用既受背景核苷酸组成影响,也受选择性约束。


图4 健康仔猪与断奶仔猪微生物群的密码子使用差异

1.5 宿主-微生物密码子共进化涉及缬氨酸、谷氨酸和赖氨酸

跨物种相对同义密码子使用度(RSCU)分析显示,健康组宿主免疫细胞与优势菌群偏好AT3特征,断奶组则共同转向GC3偏好,尤其在谷氨酸、缬氨酸和赖氨酸的同义密码子家族中表现明显。细胞实验中,补充缬氨酸、赖氨酸或谷氨酸可轻度增强细胞活力,并部分缓解LPS诱导的活力下降;在炎症刺激下,这些氨基酸可差异调节TNFα、IL1β等细胞因表达。


图5 断奶应激下肠道微生物群与宿主免疫细胞之间的密码子适应性

2

意义与局限


该研究提出,断奶应激诱导的肠道菌群失调与宿主免疫基因GC富集密码子使用转变共存,并可能增强关键免疫基因的翻译效率。这一发现为理解微生物-宿主互作提供了翻译控制层面的新框架。但作者也指出,目前研究仍属关联性分析,因果 relationship 尚未建立,后续需通过抗生素扰动、粪菌移植、无菌或悉生动物模型等进一步验证;氨基酸补充实验主要用于评估下游功能后果,并未直接证明密码子依赖的翻译调控机制。

浙江大学动物科学学院罗世琪、黄亮、侯尔佳为文章共同第一作者,宗鑫研究员为通讯作者。

该研究受国家自然科学基金(批准号:32372890)、国家重点研发计划(批准号:2022YFD1301500)和国家万人计划青年拔尖人才等项目资助。



文章信息

Luo, S., Huang, L., Hou, E., Liu, S., Li, Y., Xiao, S., Wang, Y., Wang, Y., and Zong, X. Weaning stress reprograms immune translation through GC biased codon usage in piglets with gut microbiota dysbiosis. Sci China Life Sci, https://doi.org/10.1007/s11427-025-3364-1

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发布时间:2026-10-31 09:10:44


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