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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。