张志刚----中国科学院昆明动物研究所

近五年来主要从事肠道微生物组与多细胞动物协同进化研究，在肠道微生物多样性空间生物多样性格局建成、肠菌失调与宿主健康、肠道微生物组与动物适应性进化等方面研究中取得了突出成绩。累计发表SCI收录论文14篇，其中（共同）第一作者论文3篇，（共同）通讯作者论文11篇。论文被Nature、Cell等国际核心SCI刊物他引205次，单篇他引46次。

1、首次发现并系统地描述了正常人体内大肠粘膜附着微生物的空间异质性。该研究成果打破了传统学术界认为大肠是同质的观点，为今后肠道健康和疾病的管理提供了参照，也为理解肠道微生物组与动物宿主协同进化初步提供了新的理论构架(ISME Journal，2014，第一作者）。

2、不仅发现肝硬化并发轻型肝性脑病（MHE）患者存在明显的肠菌失调，其中富含尿素酶的口腔唾液链球菌移位到肠道并富集，代谢尿素为胺，致脑中血胺积累，可能是诱发MHE的潜在机制之一（American Journal of Gastroenterology, 2013, 通讯作者），还发现了胆石症（BMC Genomics, 2013,共同第一作者）、结直肠癌（Gut Pathogens, 2013/2014, 通讯作者）相关的肠菌失调。由此申请人推测肠道微生物组可能通过影响宿主的健康和适合度，进而改变宿主的进化方向。

3、首次发现熊蜂肠道微生物存在两种保守的生态型，这是继发现哺乳动物肠道微生物存在特定生态型后首次在传粉昆虫熊蜂上发现的，表明昆虫和哺乳动物的肠道微生物组是平行进化的（Current Biology, 2015,通讯作者）。申请人进一步推测动物肠道微生物组趋同进化可能是自然选择作用下动物适应新环境或极端环境的全新生物学机制。

4、全面阐明了肠道微生物组趋同进化是自然选择下同域哺乳动物（牦牛和藏绵羊为例）适应性进化的内在驱动力之一，这也是动物宿主和肠道微生物组长期协同进化的结果（Current Biology, 2016,第一作者），该原创性的发现为动物适应性进化理论提供了新的知识。

三、培养研究生情况

协助指导博士研究生2名。

研究方向

1.动物肠道微生物与动物适应性性进化

适应性进化是进化生物学领域的研究热点。一直以来，大多数研究都是利用人或动物自身基因组的变异来探讨动物适应性进化的分子机制。近年来，越来越多的研究表明，除了动物自身基因组之外，动物的第二套基因组（肠道微生物组）在维持动物正常生理代谢、免疫、发育、认知等功能方面具有重要的作用，表明两套基因组（也被成为“全基因组-Hologenomes”）及其相互作用有利于动物对极端环境或新环境的适应。因此，本研究方向重点是系统整合两套基因组信息，结合代谢组、蛋白组、培养组等组学工具，利用进化基因组学、系统生物学等多学科交叉的优势，探讨自然选择和人工选择下哺乳动物适应性进化的全基因组机制。

2.肠道微生物与多细胞动物宿主的协同进化

动物对极端环境或新环境的适应过程中，实际上也伴随着肠道微生物与动物宿主的长期协同进化，最终形成了互利共生（mutualism）、共生（symbiosis）、寄生（parasitism）三种互作关系。那么，理解肠道微生物与动物宿主如何协同进化进而形成上诉三种互作关系的机制机理，将有助于我们靶向肠道微生物，调控或干预动物宿主的健康和疾病。为此，本研究方向重点选择物种多样性较为丰富、具有社会性、肠菌简单的授粉昆虫作用模型动物，来探讨肠道微生物与动物宿主的协同进化机制，力求为靶向肠道微生物干预或调控动物复杂性状提供重要的进化生物学理论基础。

3. 以灵长类动物为模型，探索肠道微生物干预或调控神经功能退化相关复杂性状的机制机理。

研究表明婴儿生产方式、生活方式的因素的差异化可以通过改变肠道微生物的组装、组分和稳定性，来影响微生物-肠-脑轴（microbiome-gut-brain axis）的信号转导，进而潜在地影响着很多精神疾病的发生发展，比如自闭症、精神分裂症、抑郁等。然而，当前从“微生物组—肠—脑轴”视角理解和认识精神类疾病的发生和发展机制机理仍然处于起步阶段，特别是缺乏灵长类动物模型为基础肠道微生态研究技术体系。有鉴于此，本研究方向重点以“靶向肠道微生物逆转母婴分离导致恒河猴抑郁行为”为例，在国际上率先建立系统的精神类疾病发生和发展相关的肠道微生态研究技术体系，力争未来形成一定的国际引领地位。

承担科研项目

一、主持的科研项目

1、中国科学院重点部署项目，KFZD-SW-219-2，家养动物肠道微生物组功能解析与调控，2017.10-2019.9，625万元，在研，课题负责人。

2、国家自然科学基金面上项目，31471201, 牦牛瘤胃微生物组的变异与牦牛高原适应，2015/01-2018/12，90万元，在研，项目负责人。

3、国家自然科学基金青年科学基金项目，31100916，人体乳酸菌物种多样性分布模式及其形成机制的研究，2012/01-2014/12，24万元，已结题，项目负责人。

二、主持的人才计划项目

4、第十八批云南省中青年学术技术带头人后备人才， 2015HB089，2015/11-2018/11，12万元，在研，项目负责人。

5、中国科学院昆明动物研究所青年人才项目，胆道微生物多样性与胆石病发生的相关性研究，2011-2014，10万元，已结题，项目负责人。

专家类别

博士生导师，云南省中青年学术后备人才；研究员

社会任职

获奖及荣誉

代表论著

Zhang Z ^(*#), Zhai H, Geng J, Yu R, Ren H, Fan H ^(*), Shi P ^(*). Large-scale survey of gut microbiota associated with MHE via 16S rRNA-based pyrosequencing. Am J Gastroenterol, 2013, 108(10): 1601-1611. (^*Co-correspondence author) (5-Year IF = 10.429)

Li, J., J. E. Powell, J. Guo, J. D. Evans, J. Wu, P. Williams, Q. Lin, N. A. Moran^(*) and Zhang Z^(*). Two gut community enterotypes recur in diverse bumblebee species. Current Biology, 2015, 25(15): R652-R653. (^*Co-correspondence author) (5-Year IF = 9.704)

Zhang Z ⁽^#), Geng J, Tang X, Fan H, Xu J, Wen X, Ma Z, Shi P. Spatial heterogeneity and co-occurrence patterns of human mucosal-associated intestinal microbiota. ISME J, 2014, 8(4): 881-893. (^#First author) (5-Year IF = 11.630)

Zhang Z ^(#), Dongming Xu, Li Wang, Junjun Hao, JinFeng Wang, Xin Zhou, Weiwei Wang, Qiang Qiu, Xiaodan Huang, Jianwei Zhou, Ruijun Long^(*), Fangqing Zhao^(*), Peng Shi^(*).Convergent evolution of rumen microbiomes in high-altitude mammals. Current Biology, 2016, 26 (14):1873-1879. (^#First author) (5-Year IF = 9.704)

研究团队