导语

Taichi A. Suzuki & Ruth E. Ley. (2020). The role of the microbiota in human genetic adaptation. Science 370, eaaz6827, doi: https://doi.org/10.1126/science.aaz6827

哺乳动物的微生物群是共同进化的产物。但是，人类表现出一系列适应性特征，这些适应性特征可能在地理上是非常特定的。人类微生物组还显示出各种群落组成以及一系列重叠和多余的代谢特征，这些特征可以改变宿主的生理机能。例如，乳糖酶的持久性是欧洲人群的遗传特征，但在缺乏乳糖酶基因的人群中，微生物群赋予了乳糖消化的能力。来自Science的一篇综述回顾了微生物在本地适应新的不断变化的人类环境中发挥作用的证据。

图形摘要：人与微生物的本地适应性

正文

当人口遍及全球时，他们会因应新的选择压力而遗传适应当地环境。选择的驱动因素包括接触新饮食、气候或病原体。人类拥有微生物组，它们也对当地条件的变化和宿主的变化做出反应。结果，微生物组可以通过环境的改变来改变宿主的适应性。例如，改变食物的营养价值，宿主对寒冷或少量氧气的耐受性或对病原体的敏感性。通过缓冲或改变选择驱动力，微生物组可以改变宿主表型，而无需在宿主和微生物组之间共同进化。对宿主有益的微生物组的功能可以随机产生或从环境中获得。可以选择这些有益的功能，而无需宿主对其施加遗传控制。宿主可能会进化出维持有益微生物或将其传给后代的方法，这将影响这些微生物的遗传力和传播方式。人类的例子包括成人中通过乳糖酶活性（由LCT基因区域编码）对乳糖的消化和唾液淀粉酶（由AMY1基因编码）对淀粉的消化-两者都是饮食变化造成的适应性变化。这些基因的等位基因变异也预示了肠道菌群的组成和功能变异。宿主等位基因与微生物群功能之间的这种反馈有可能影响宿主同一适应性状的变异。微生物组如何改变宿主的遗传适应性仍有待充分探索。

图1. 宿主表型与微生物组关联的示例。（A）LNP宿主和（B）LP宿主，描述了LCT基因型与双歧杆菌相对丰度之间的负相关性。对于（C）低AMY1 CN宿主和（D）高AMY1 CN宿主，描述了AMY1基因拷贝数（CN）和瘤胃球菌相对丰度之间的正相关。不同类型的糖以不同的形状和颜色显示。

在本综述中，回顾了人类适应新环境的例子，这些环境表明宿主基因与微生物组之间存在相互作用，并详细研究了LCT-双歧杆菌和AMY1-Ruminococcus的相互作用。在这些示例中，自适应宿主等位基因和自适应微生物功能被联系在一起。作者提出了可以在局部适应过程中替代或募集有益微生物群功能的宿主机制。最后，寻找其他示例，其中微生物群与人类遗传适应有关，其中对适应的遗传基础进行了很好的描述。这些范围包括饮食适应，其中宿主和微生物酶可以代谢相同的饮食成分（例如，脂肪酸和酒精代谢），以及气候相关的适应，其中宿主和微生物可以诱导相同的生理途径（例如，冷诱导的热生成），皮肤色素沉着和血压调节），以适应宿主和微生物抵御相同局部病原体（例如，抗疟疾，霍乱和其他疾病）的适应。这些例子表明，微生物群有可能通过修改全局适应性而无需共同进化来影响宿主的进化。

图2. 微生物对人类参与环境的适应

（A）与适应性状相关的人类遗传基因座的全球分布。这些符号对应于（B）中的选择剂和/或性状。（B）与选择剂和/或性状有关的微生物群特征。向上和向下指向的箭头表示与微生物分类单元相对丰富的正向或负向关联的趋势

小结

可以重新研究各种宿主物种之间的局部适应性研究充分的实例，以阐明微生物在宿主适应性进化中未曾发挥的作用。在人类适应的背景下，微生物功能和宿主基因-微生物关联的知识严重偏向于在西方人群中进行的观察，因为这些是迄今为止研究最深入的。测试本综述中所选择的宿主基因与微生物群之间的许多相互作用，将需要在其当地环境下扩大人群的地理范围。由于在人类中受到严格选择的基因通常会参与代谢和其他疾病，并且在人群之间可能会有所不同，因此与人类适应性相关的宿主基因-微生物相互作用的未来研究可能有助于更深入地了解特定人群中与微生物群相关的疾病。在更广泛的人群中研究宿主基因与微生物的相互作用也将有助于研究人员超越轶事的收集，从而形成一种理论的基础，该理论将微生物对宿主适应的贡献纳入正式框架。在适应性进化的背景下，更好地了解宿主基因组与微生物群之间的相互作用，将为我们对人类进化的理解增加新的维度，因为我们与微生物一起穿越时空。

引文：1 Taichi A. Suzuki & Ruth E. Ley. (2020). The role of the microbiota in human genetic adaptation. Science 370, eaaz6827, doi: https://doi.org/10.1126/science.aaz6827

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