东北梅花鹿夏季和冬季肠道菌群变化及其功能差异分析

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xtzy
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
梅花鹿(Cervus nippon)是我国一级保护动物,其在《中国濒危动物红皮书》中被标注为濒危等级。同时,梅花鹿在生态、经济和遗传资源保护等方面具有极高的价值。梅花鹿属于反刍动物,对其机体的新陈代谢、营养供应和免疫功能而言,肠道菌群的作用是不可忽视的,在栖息、繁衍和生存中均具有十分重要的意义。本研究在黑龙江省拜泉县的仙洞山梅花鹿国家级自然保护区,利用非损伤取样技术,分别收集了夏季和冬季东北梅花鹿(C.n.hortulorum)的粪便样品。运用微卫星技术、高通量测序技术和生物信息学分析法对不同季节梅花鹿肠道菌群多样性、物种组成及功能进行比较分析,探讨了季节和性别差异对东北梅花鹿肠道菌群的影响,并对肠道菌群功能的季节差异进行了深入的分析,籍以推进我国梅花鹿肠道菌群的进一步研究,并为珍贵鹿类动物野生种群保护管理提供理论依据。本研究获得的主要结果如下:1、利用微卫星标记技术对所采集的梅花鹿粪便样品进行个体识别鉴定以及性别鉴定,共鉴定出44只梅花鹿个体,其中夏季20只,15只雌性和5只雄性;冬季24只,雌雄个体各12只。2、基于16S rRNA测序对梅花鹿肠道菌群进行分析。通过对Alpha多样性和Beta多样性的分析,得出相比于冬季的梅花鹿肠道菌群,夏季菌群的多样性和丰富度相对较高,且两组间差异显著(P<0.05),组内个体肠道菌群结构的相似度高于组间,组间差异较大,冬季组间差异大于夏季。通过物种注释得到梅花鹿肠道菌种的主要菌门有厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)及疣微菌门(Verrucomicrobia)。在夏季富集的主要有厚壁菌门、梭菌纲(Clostridia)、梭菌目(Clostridiales)、毛螺菌科(Lachnospiraceae)、瘤胃菌科(Ruminococcaceae)、氨基酸球菌科(Acidaminococcaceae)和浮霉菌科(Planctomycetaceae);在冬季,富集的主要有放线菌门、变形菌门,放线菌纲(Actinobacteria)、放线菌目(Actinomycetales)、β变形菌纲(Betaproteobacteria)、丙型变形菌纲(Gammaproteobacteria)。夏季和冬季梅花鹿肠道菌群两组间差异大于组内差异,并且两组间的差异显著(P<0.05),其中,雌雄梅花鹿在两个季节中,肠道菌群结构存在差异但差异不显著。同时,在梅花鹿肠道菌群中还检测到假单胞菌属(Pseudomonas)、不动杆菌属(Acinetobacter)、Alistipes、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)以及链球菌属(Streptococcus)等病原菌,其中假单胞菌属、不动杆菌属和链球菌属的相对丰度在冬季高于夏季,而Alistipes和脱硫弧菌属的相对丰度在夏季高于冬季。3、基于宏基因组测序对梅花鹿肠道菌群功能进行分析。同过KEGG、COG、CAZy和ARDB的功能注释,对夏季和冬季梅花鹿肠道菌群功能的丰度、功能差异及代谢途径的差异进行讨论分析。通过KEGG数据库对梅花鹿肠道菌群的注释,结果显示新陈代谢功能(Metabolism)的基因所占比例最多,其次是遗传信息处理(Genetic Information Processing)。注释基因结果显示,在新陈代谢的功能中,最丰富的是碳水化合物代谢(Carbohydrate metabolism)和氨基酸代谢(Amino acid metabolism)。在level 2层级上,夏季组和冬季组两组间25种功能存在显著差异。4、通过egg NOG数据库功能注释的结果显示,基因丰度最高的是碳水化合物转运和代谢(G:Carbohydrate transport and metabolism),其次是复制、重组和修复(L:Replication,recombination and repair)、氨基酸转运和代谢(E:Amino acid transport and metabolism)。通过对夏冬季两组间功能的差异分析,发现有11个功能存在显著差异。5、通过CAZy数据库注释,得到基因数量最多的是糖苷水解酶(Glycoside Hydrolases,GHs),基因数量由高至低依次为糖基转移酶(Glycosyl Transferases,GTs)、碳水化合物酯酶(Carbohydrate Esterases,CEs)、碳水化合物结构域(Carbohydrate-Binding Modules,CBMs)、多糖裂解酶(Polysaccharide Lyase,PLs)和氧化还原酶(Auxiliary ctivities,AAs)。通过对夏冬季梅花鹿肠道菌群中碳水化合物活性酶组间差异功能的分析,结果发现,有114种功能存在显著差异。6、对代谢通路分析发现,在KEGG数据库中,注释得到两组KO功能的蛋白相对丰度较高的有ko01230氨基酸的生物合成(Biosynthesis of amino acids)、ko01200碳代谢(Carbon metabolism)、ko02010 ABC转运蛋白(ABC transporters)等代谢通路。基于KEGG和egg NOG数据库功能差异分析,结果表明,碳水化合物代谢功能在夏季高于冬季,大致认为与梅花鹿采食禾本科草本植物有一定关系。7、通过ARDB的功能注释,得到夏季和冬季梅花鹿肠道菌群对应的抗生素抗性基因的种类及数目,其中大环内酯类(Macrolide)、万古霉素(Vancomycin)、Van D型万古霉素耐药操纵子基因(VT)、四环素(Tetracycline)、氯霉素(Chloramphenicol)为主要富集的抗生素抗性基因种类。抗生素抗性基因Mac B丰度最高,其次为Bcr A,同时Van SD、Van RG及Van RA也较为丰富。通过以上的研究,可以看出季节、性别都会对梅花鹿肠道菌群的多样性及功能产生影响。肠道菌群对梅花鹿的营养吸收、能量代谢以及机体免疫等方面也起着至关重要的作用。
其他文献
植物在生长发育过程中经常受到不良环境的影响。为了生存和适应环境,植物进化出多种应答逆境胁迫的信号转导途径和复杂的生理生化机制。HD-ZIP是植物特有的转录因子,广泛参与植物生长发育和胁迫应答过程。以往有许多关于HD-ZIP家族基因影响叶片发育、开花时间、不定根生长、茎的伸长和分蘖等方面的研究,而有关杨树HD-ZIP家族基因抗旱耐盐功能的研究却鲜有报道。本研究以小黑杨(Populus simonii
学位
扁锦藓属(Glossadelphus M.Fleisch.)由Fleischer于1923年建立,是一个泛热带分布的灰藓目的小属,约有20个物种。该属被认为是一个异质性的属,与偏蒴藓属(Ectropothecium)、鳞叶藓属(Taxiphyllum)、麻锦藓属(Taxithelium)等属的界限模糊。基于属的模式种相同,1987年Buck建议不再使用扁锦藓属,而采用早期发表的叶齿藓属(Phyll
学位
林木的次生细胞壁发育受到环境、激素和调控因子等多方面的影响,而转录因子在其中发挥着重要的作用。ERF家族基因是植物特有的转录因子家族之一,在植物的生长发育中发挥着重要的作用。本研究发现一个与木材形成密切相关的PagERF110基因,其生物功能尚不清楚。利用84K杨(Populus alba×P.glandulosa)为材料,通过分子生物学、解剖学方法鉴定PagERF110的分子功能及其调控林木次生
学位
瓦氏雅罗鱼(Leuciscus Waleckii)为鲤科鱼类,是东北名优鱼类“三花五罗”之一,具有重要经济价值。与生活在淡水生态系统中的其他瓦氏雅罗鱼相比,内蒙古达里湖中生存的碱水型瓦氏雅罗鱼以其对54m M(p H9.6)HCO3–/CO32–碱性条件的高度耐受性而闻名,但其对高碱耐受的生理机制我们尚不清楚。本论文从鱼类生理学、分子生物学和组学等多角度入手探讨碱水型瓦氏雅罗鱼对高碱环境的相关适应
学位
树木由于受到风力或光等外界因素的影响,导致原本直立生长的树干发生倾斜或者弯曲,为重新定向到一个平衡位置而产生生长应力,产生这种应力的部位被称之为应力木(recation wood)。在被子植物中,应力木产生于倾斜或弯曲树干的上部,称之为应拉木(tension wood)。应拉木与正常木(normal wood)相比具有一种特殊的木质部组织,主要表现在具有较小以及较少的导管细胞,并且其木质纤维细胞的
学位
匍匐剪股颖(Agrostis stolonifera)是一种非常重要的多年生冷季草坪草,广泛应用于城市绿地和植物造景中,具有重要的观赏价值和经济价值。种类繁多的植物形态及以固着为主的生长方式令决定植物形态特征发育的因素和如何应对不良环境胁迫成为植物研究的重要的方向之一,操纵特定基因的生物技术方法被证明是作物性状修饰的有效策略。盐分、高温和干旱等非生物胁迫对植物的生长发育造成影响,从而导致作物产量和
学位
刚毛柽柳(Tamarix hispida)是一种耐盐碱和干旱的盐生木本植物,研究其抗逆机制具有重要意义。基因调控网络可以清晰地阐述特定生物过程中不同基因间的关系与角色,且对鉴定关键调控基因来阐明该生物学过程分子机制具有指导意义。在本研究中,我们建立柽柳响应高盐、干旱胁迫的基因调控网络,并筛选出在耐盐、抗旱过程中同时起作用的关键调控基因。另外,我们基于柽柳高盐和干旱胁迫的转录组数据获得一个乙烯不敏感
学位
驼鹿(Alces alces)作为热敏感的全球代表性物种,对高温耐受性较低。由于气候变暖迫使我国东北地区驼鹿不断向高纬度、高海拔地区退缩,致使该物种在过去的40年里丧失了近一半的历史分布区。因此,驼鹿是研究气候变暖对大型哺乳动物影响效应的理想物种。为阐明气候变暖背景下驼鹿种群的调控机制,本研究通过种群遗传分析、粪便显微分析、营养含量测定以及微生物组学测序,评估气候变暖对驼鹿种群的扩散行为驱动效应,
学位
隐孢子虫病是由隐孢子虫引起的一种重要的水食源性人畜共患病,在世界上的许多国家都有报道。隐孢子虫病是导致人类和动物腹泻的主要原因之一,并伴有发热、呕吐和体重下降等症状。患有免疫系统疾病的人更容易受到隐孢子虫的影响,暂时还没有治疗或预防隐孢子虫病的方法和疫苗可用,目前的治疗方案仅为提供抗腹泻药物和摄入大量水以避免脱水作为治疗。在世界范围内,由隐孢子虫引起的腹泻很普遍,但在我国关于动物园猫科动物隐孢子虫
学位
在东北林区,西伯利亚狍(Capreolus pygargus)是一种典型的林栖有蹄类动物。由于该地区在过去相当一段时期内曾经历过大规模的森林采伐、毁林开荒、道路修筑等一系列人类干扰活动,加之气候变化、森林火灾和病虫害侵扰等,导致狍栖息生境中的森林植被外貌和内部结构发生了明显变化。与此同时,面对这种生境的变化,狍种群在生态适应和遗传组成等方面产生了一系列的反应。为此,作者在黑龙江省穆棱林区选择了两种
学位