从系统发育上来看,大熊猫属于食肉动物目熊科,具有典型的肉食动物肠道消化系统,大约在200万年以前,大熊猫从杂食性动物转变为专食竹子的植食性动物。大熊猫基因组中并不具有消化纤维素（竹子中的主要成分）的相关基因,因而,肠道菌群被认为在其消化竹子的过程中扮演着重要的作用。为了揭示大熊猫肠道菌群对特化的食性的适应性状况以及影响大熊猫肠道菌群结构和功能的主要因素,本论文基于16S r DNA和宏基因组测序的方法对大熊猫肠道菌群的组成和功能进行了系统的研究。研究内容分为四部分:第一部分:对8只大熊猫幼仔从4月到17月龄（共95份粪便样品）肠道菌群的16S rRNA基因进行高通量测序,基于生物信息学分析的方法来揭示大熊猫在生长发育过程中其肠道菌群的动态变化,同时通过对饮食（母乳、人工乳、胡萝卜、竹子和竹笋）和环境（水体、土壤、母亲的阴道、乳汁、乳头以及口腔）中微生物的分析来追踪大熊猫肠道菌群的来源。对大熊猫幼仔肠道菌群的研究表明不同年龄阶段大熊猫肠道菌群的组成是显著不同的,从属水平来看,幼仔Ⅰ阶段（4-7月,饮食主要是乳汁）最优势的菌群是Bacteroidetes＿unclassified;幼仔Ⅱ阶段（8-13月,饮食主要是乳汁以及各类辅食）和幼仔Ⅲ阶段（14-17月,饮食主要是竹子）最优势的菌群是Escherichia/Shigella;而成年大熊猫肠道菌群最优势的菌群是Streptococcus和Escherichia/Shigella。此外,幼仔Ⅲ阶段（14-17月）和成年大熊猫有相似的Alpha多样性,与幼仔Ⅰ（4-7月）和幼仔Ⅱ（8-13月）阶段相比,它们的alpha多样性显著更低;Beta多样性分析的结果显示幼仔Ⅰ阶段（4-7月）、幼仔Ⅱ阶段（8-13月）和幼仔Ⅲ阶段（14-17月）的肠道菌群群落彼此是能显著区分开的,且幼仔Ⅲ阶段（14-17月）肠道菌群群落结构与成年大熊猫更相似。对大熊猫肠道菌群来源的研究表明母亲的阴道、乳汁、乳头表面是大熊猫肠道菌群的主要来源。第二部分:对6只圈养大熊猫、4只黑熊和4只竹鼠粪便进行宏基因组测序,同时加入先前已发表的数据（包括3个野外大熊猫、25个草食动物、19个肉食动物和12杂食动物）进行宏基因组比较分析来揭秘大熊猫肠道菌群对其食性转变的适应性特征。通过对不同食性动物肠道KEGG代谢通路的比较,我们发现大熊猫肠道潜在的功能与草食动物是显著不同的而与熊和肉食动物类似;另外,大熊猫和肉食动物肠道中编码纤维素酶和半纤维素酶的基因丰度显著低于其他草食动物;大熊猫肠道菌群和肉食动物一样,富集分解氨基酸代谢通路相关的基因而缺乏合成氨基酸和发酵代谢反应相关的基因,这些都是与典型草食动物完全相反的。最后,直接对不同食性动物粪便纤维素酶和半纤维素酶活性的测定结果也支持了上述结果,即大熊猫肠道菌群消化纤维素和半纤维素的能力较弱。第三部分:对6只小熊猫、6只黑熊和5只大熊猫肠道菌群V1-V3区进行测序,通过比较这三种肉食动物肠道菌群的结构发现大、小熊猫肠道菌群没有因为具有相同的食性而发生趋同进化,大熊猫肠道菌群与和它亲缘关系更近的黑熊更相似。大熊猫肠道内的最优势菌群是Streptococcus,Sarcina则是小熊猫肠道内的最优势菌群,而这两种菌属在大、小熊猫肠道内的相对丰度是显著不同的。本研究揭示了大、小熊猫和黑熊肠道菌群的进化方向是与它们宿主的系统发育关系是相一致的。第四部分:结合16S rRNA基因和宏基因组测序技术,我们比较49份圈养大熊猫与98份野生大熊猫粪便微生物的组成、功能代谢、抗性基因以及毒力因子基因的差异。从肠道菌群结构、多样性和潜在的功能方面都表明圈养大熊猫与野外大熊猫肠道菌群是显著不同的。如,野外大熊猫最优势的菌属是Pseudomonas而圈养大熊猫最优势的菌属是Streptococcus和Escherichia/Shigella;圈养大熊猫alpha多样性显著低于野外大熊猫;圈养大熊猫减弱了纤维素和半纤维素消化的功能而富集了淀粉降解的代谢通路。此外,圈养大熊猫肠道菌群含有更高丰度的抗生素抗性基因、重金属耐受基因和毒力因子基因,这都表明人工饲养管理和环境对大熊猫肠道菌群有着负面的影响。综合来看,本研究揭示了肉食动物消化系统与单一的食性是导致大熊猫肠道菌群多样性较低的主要因素;同时,大熊猫肠道菌群并不适应消化高纤维含量的竹子;圈养显著改变了大熊猫肠道菌群的组成、结构和功能。