半自然条件下黑线仓鼠肠道菌群的季节变化和性别差异

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动物肠道内栖息着数量庞大、结构复杂的微生物群,在协调宿主生理和代谢稳态中起着至关重要的作用。动物肠道菌群组成与结构的季节变化可能是其适应环境变化的一种有效策略。黑线仓鼠(Cricetulus barabensis)是主要生活于我国北方的农业害鼠,其生活环境具有明显的季节变化。本文以不同季节黑线仓鼠为研究对象,采用高通量测序的方法,对其盲肠微生物菌群的结构与组成进行分析,探讨了黑线仓鼠肠道菌群的季节变化与性别差异,为未来研究肠道菌群在其生理与行为中的作用奠定基础。主要研究结果如下:1.77只黑线仓鼠盲肠样本共得到7816个ASV(amplicon sequence variant),注释到15个门,20个纲,31个目,67个科,135个属,129个种。2.在黑线仓鼠肠道菌群的群落组成中,黑线仓鼠的优势菌门为厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes);梭菌纲(Clostridia)和芽孢杆菌纲(Bacilli)为黑线仓鼠的优势菌纲;梭菌目(Clostridiales)和乳杆菌目(Lactobacillales)为黑线仓鼠的优势菌目;黑线仓鼠的优势菌科为乳杆菌科(Lactobacillaceae)和毛螺菌科(Lachnospiraceae);乳杆菌属(Lactobacillus)为黑线仓鼠的优势菌属。3.黑线仓鼠的肠道菌群结构无显著的性别差异。雄性黑线仓鼠含有5447个ASV,注释到11个门、18个纲、27个目、51个科、87个属和67个种;雌性黑线仓鼠含有5280个ASV,注释到11个门、18个纲、26个目、49个科、87个属和66个种;在门水平,雌性黑线仓鼠螺旋体门(Spirochaetes)的相对丰度显著低于雄性;在属水平,雌性黑线仓鼠脱硫弧菌属(Desulfovibrio)的相对丰度显著低于雄性;黑线仓鼠肠道菌群的α多样性无显著的性别差异;主坐标分析(Principal coordinate analysis,PCo A)和非度量多维尺度分析(Nonmetric multidimensional scaling,NMDS)发现,不同性别黑线仓鼠肠道菌群的群落组成较为相似。KEGG功能预测发现,抗生素的生物合成、肽聚糖生物合成、安沙霉素的生物合成、D-谷氨酰胺和D-谷氨酸的代谢等功能通路未发现显著的性别差异。4.黑线仓鼠的肠道菌群结构具有显著的季节变化。在门水平,厚壁菌门为四个季节共同的优势菌门,厚壁菌门的相对丰度在夏季显著高于春季和秋季,拟杆菌门的相对丰度在春季显著高于夏季和冬季;在纲水平,梭菌纲为四个季节共同的优势菌纲,梭菌纲的相对丰度在冬季显著低于春季和夏季,拟杆菌纲(Bacteroidia)的相对丰度在春季显著高于冬季和夏季;在目水平,梭菌目为四个季节共同的优势菌目,梭菌目的相对丰度在夏季最高,冬季最低,且梭菌目的相对丰度在冬季显著低于春季和夏季;在科水平,毛螺菌科、紫单胞菌科(Porphyromonadaceae)和瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)的相对丰度均具有显著的季节变化,毛螺菌科的相对丰度在夏季显著高于冬季,紫单胞菌科的相对丰度在春季显著高于冬季和夏季,瘤胃球菌科的相对丰度在冬季达到最低;在属水平,乳杆菌属为黑线仓鼠在四个季节共同的优势菌属,无显著的季节性变化,但瘤胃球菌属(Ruminococcus)的相对丰度在春季显著高于冬季和夏季,冬季其相对丰度最低;α多样性分析发现,黑线仓鼠在冬季肠道菌群的物种丰富度和多样性达到最低;PCo A分析和NMDS分析发现,黑线仓鼠肠道菌群的群落结构在春季和秋季较为相似,冬季和夏季的黑线仓鼠具有较为独特的肠道微生物群落组成结构。KEGG功能预测发现,氨基糖与核苷酸糖代谢功能相对丰度在夏季最高,半胱氨酸和蛋氨酸的代谢功能相对丰度在春季最高,RNA聚合酶、丙酮酸代谢、嘌呤代谢、脂肪酸生物合成等功能也具有显著的季节变化。综上所述,黑线仓鼠肠道菌群组成与结构季节变化明显,但不存在性别差异。
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