化学通讯是野生动物重要的通讯方式之一。作为独居性物种，大熊猫主要依赖于肛周腺分泌物和尿液进行化学标记来传播信号，而肛周腺分泌物标记是最为独特的一种。野外研究表明，这种标记行为存在季节性差异，也受环境条件影响。标记物中的小分子化学信号物质传递着重要的个体信息，起着促进繁殖、建立领地和稳定社群等重要作用。然而，关于这些重要化学信号物质的合成过程尚不清楚。研究表明，一些动物的腺体共生菌群可参与宿主化学信号物质的合成。那么，大熊猫是否存在类似特征，其化学信号物质的合成机制如何？若揭示这一问题，不仅可提高对其化学通讯行为的深入理解，也可为圈养种群的保护管理提供重要信息。资料显示，圈养大熊猫仅有不到一半的个体可完成自然繁殖，这常被认为与化学信号的传递存在一定关系。
围绕该问题，中国科学院动物研究所研究员聂永刚研究团队利用气相色谱-质谱联用仪分析（gc-ms）和宏基因组测序技术比较大熊猫肛周腺和粪便中的气味物质和共生菌群组成，发现气味物质组成存在显著差异，其共生菌群在门和属水平上也差异显著。共生细菌基因功能富集发现，肛周腺中脂质代谢功能基因显著增加，包含支持化学信号物质合成的特定发酵菌群和酶，微生物代谢的脂肪酸降解途径（ko00071）、脂肪酸生物合成途径（ko00061）、酮体的合成和降解代谢途径（ko00072）等在化学信号物质合成中发挥重要作用。功能贡献分析表明，肛周腺微生物中参与脂质代谢的基因主要来自放线菌门，棒状杆菌是野生和圈养大熊猫肛周腺中对脂质代谢贡献最大的属。三酰基甘油脂肪酶（ec: 3.1.1.3）是化学信号物质合成的关键酶，将皮脂腺分泌的甘油三酯分解为甘油和脂肪酸，然后进入脂肪酸降解等途径逐级降解或合成最终被用于化学通讯的小分子化合物。在宏基因功能水平检验了“微生物发酵假说”。
同时，通过进一步比较分析野生和圈养个体化学信号物质和共生细菌特征，发现野生个体肛周腺中对脂质代谢贡献第二的假单胞菌属，在圈养个体中含量很低。这种菌群的缺乏将影响包括繁殖信息在内的关键化学信号物质的合成，进而影响个体间正常信息交流，推测可能是圈养个体自然繁殖力较差的主要原因之一。随着相关技术发展，在未来的保护管理与科学研究中，可考虑通过特定菌群的重建，完善圈养个体化学信号物质的生物合成途径，提高大熊猫化学通讯在圈养种群繁殖管理中的作用。
该研究为理解大熊猫化学通讯这一重要行为特征提供了新见解，也为这一正在恢复但仍受干扰的濒危物种的保护与管理提供重要基础信息。2月10日，相关研究结果以symbiotic bacteria mediate volatile chemical signal synthesis in a large solitary mammal species为题，在线发表在the isme journal上，动物所周文良为论文第一作者，聂永刚为论文通讯作者。中科院院士魏辅文对该研究给予支持和指导，成都大熊猫繁育基地研究员齐敦武和中国农业大学教授金艺鹏在样品采集过程中给予帮助。研究工作得到国家自然科学基金委员会、中科院和科技部等的支持。
图1.大熊猫化学通讯行为
图2.微生物介导大熊猫化学信号物质合成示意图
图3.大熊猫肛周腺分泌物和粪便化学信号成分、微生物群落、kegg代谢通路和脂质代谢贡献菌群比较
研究团队单位：动物研究所
