不同的生活环境驱动确定性的肠道微生物群落组合高山麝(麝香chrysogaster)
植绒张1,
Yujiao太阳
Romaan是Khattak
身子腾
生刘- 1学院的野生动物保护区,东北林业大学,哈尔滨,中国
- 2城市水资源与环境国家重点实验室,学校的环境,哈尔滨工业大学,哈尔滨,中国
- 3食品与生物工程学院、河南大学畜牧经济,中国郑州
- 4保护生物学重点实验室、国家森林和草地管理、中国哈尔滨
实质环境的变化直接导致重构的殖民肠道微生物群,在主机控制社区的多样性和功能调整他们的自适应状态。然而,微生物群落组装,以应对环境变化的机制尚不清楚,特别是濒危反刍动物。在这项研究中,我们分析了37收集粪便样本的微生物群圈养和野生高山麝(麝香chrysogaster)来描述复杂使用16 s rRNA基因测序和组装过程。我们发现明显不同的多样性和肠道微生物群在两组的组合与不同的生活环境有关。异构的选择是主要因素调节肠道微生物群社区类似的气候条件下,表明微生物群落组装在很大程度上是由确定性机制。物种共生网络显示复杂和紧密连接在野生环境中较高的正相关。此外,垄断集团在chemoheterotrophy表现出显著差异和发酵与野生群体相比,但是相反的是观察动物寄生虫或共生体,这可能与饮食密切相关,能源供应和医疗的动物。这项研究提供了一个框架基础和新的视角理解肠道微生物群在不同的环境中。
1。介绍
胃肠道微生物群落,在出生时是至关重要的在维护健康的主机(本Shabat et al ., 2016;Zeevi et al ., 2019;邓et al ., 2022),可以通过饮食(形状大卫et al ., 2014;斯诺et al ., 2014;弗里德曼et al ., 2017)、动植物种类史的发展(恩伯et al ., 2009;江et al ., 2021),环境修改(王et al ., 2019;Zhang et al ., 2022)。改变和塑造的肠道微生物群在俘虏和转移人口(尤其明显李et al ., 2017;太阳et al ., 2020),指示的表现之间的共同进化和适应外部环境宿主和微生物群落。这个过程提供了一个最佳的机会了解微生物多样性,组装模式,和复杂的连接(s)的功能。
了解微生物群落组装机制是一个关键的主题在微生物生态学和是一个客观的方法,可以方便获取健康数据和防止潜在的动物疾病(Nemergut et al ., 2013)。一般讨论,确定的过程,包括生物(种间相互作用,如竞争、捕食和互利共生)和非生物因素(环境过滤如pH值、温度和盐度),和随机过程(例如,分散、移民、物种形成和漂移)是影响微生物群落的大会(Chesson 2000;Fargione et al ., 2003;Chave 2004;王et al ., 2013;周和宁,2017年)。先前的研究在微生物群落组装主要集中在环境因素(焦et al ., 2019;陈et al ., 2022)和水生生物(Kokou et al ., 2019;莫et al ., 2021;刘et al ., 2022),一直缺乏研究哺乳动物,特别是稀有和濒危物种。
麝(麝香spp),一个小和胆小的反刍动物,广泛而闻名的麝香分泌雄性(孟et al ., 2011)。由于这个原因,这个群体在历史上遭受严重灾害(偷猎和非法贸易),导致人口规模急剧下降,一直保持在低水平。高山麝(麝香chrysogaster),最大的麝体型而言,生活在一个狭窄的区域与不丹接壤,印度、尼泊尔和中国(哈里斯,2016)。此外,当地的孤立的高山麝的数量存在于贺兰山,由黄河,沙漠,和这个城市,在中国青藏高原的边缘;然而他们的人口规模不乐观。此外,人口远比其他同域的反刍动物(如竞争力。蓝色的羊(Pseudois nayaur alashanicus)和马鹿(Cervus elaphus alashanicus)]和扰动非常敏感。高山麝被列为濒危物种的红色名单被国际自然保护联盟(IUCN),是一种国家重点保护野生动物的课我在中国江et al ., 2020)。小高山麝的数量目前在中国被囚禁。在圈养麝易患胃肠疾病由于频繁变化的饮食,不洁净的水,细菌的传播由饲养员,多变的天气,等等。然而,有限的食物不同来源之间的主要因素是圈养和野生麝,直接影响和形状与相关函数相关的肠道微生物群适应变化(李et al ., 2017;太阳et al ., 2020)。澄清的装配过程的微生物群落麝不同饲养条件下促进人口需要保护和恢复。
在我们之前的研究调查俘虏的肠道微生物群(C)和野生高山麝(W),不同的微生物群丰富(C:厚壁菌门;W:变形菌门和Euryarchaeota)与不同的功能和代谢途径(C:甲烷生成;W:消化纤维素,并生成短链脂肪酸)(太阳et al ., 2020)。然而,肠道微生物群装配过程与上述差异仍不清楚。在这项研究中,元数据收集的肠道微生物群,和空进行了建模和网络分析来估算生态过程的相对重要性和揭示复杂的连接和功能预测之间的圈养和野生高山麝。这项研究的目标是(a)比较肠道微生物群的多样性和组合C和W组,(b)阐明微生物群落组装过程的机制,在这种背景下,和(C)分析指标之间的交互(s)和预测潜在的功能。这项研究提供了一个框架基础和新的视角理解肠道微生物群在不同的环境中。
2。材料和方法
2.1。样本收集和测序
总共14个收集的粪便样本Xinglongshan高山麝农场在兰州,甘肃(104°6′E, 35°48′N)。之前收集的样本,这些动物健康,没有疾病的观察,他们被驯化和培育了30多年。总共23粪便样本收集野生高山麝在贺兰山国家级自然保护区在内蒙古自治区,中国(-57年105°48′′E, 38°39 -51′′N)。所有样本收集在2015年2月他们不太容易恶化的低温每年的这个时候。所有粪便pellet-like没有腹泻,立即就被储存在−80°C。从粪便样品总DNA提取使用QIAamp快速DNA凳子迷你包(试剂盒、希尔登,德国)制造商的协议。DNA是1 ng /μL稀释。的V3-V4 16 s rRNA基因高变区与特定的引物(放大515 f: 5′-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3′;806 r: 5′-GACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)。DNA模板的PCR系统包含1.5μL, 10μL Phusion高保真缓冲(5×),0.5μL Phusion DNA聚合酶,1μL核苷酸(10毫米),0.5μM正向和反向引物,ddH2O 50μL。PCR条件由最初的30年代在98°C变性,变性在98°C 5 - 10 s,退火55°C 30年代,35周期伸长72°C 3分钟,最后72°C伸长了20分钟。接下来,16 s rRNA图书馆构建使用TruSeq DNA PCR-Free样品制备设备(Illumina公司、美国)和测序的Illumina公司HiSeq平台(2500年HiSeq PE250)。序列数据主要是分析在QIIME平台上(v1.9.1)和嵌合体是过滤和删除通过使用FLASH (v1.2.11)。序列标识阈值为0.97被定义为相同的操作分类单元(辣子鸡)使用UPARSE (v7.0.1090)。分类法的辣子鸡是由注释使用核糖体数据库项目(RDP) (v11.5)对席尔瓦138 16 s rRNA数据库信心阈值为70%。
2.2。环境微生物群落结构分析
α多样性(包括抽泣,王牌,辛普森,Chao1,和Smith-Wilson指数)计算了mothur (v1.30.2)。)多维标度(nmd)进行论述基于Bray-Curtis每个微生物通过计算组成相似性和映射使用在线Majorbio云平台。1
偏最小squares-discriminant分析(PLS-DA)监督判别分析方法,进行了基于集群微生物数据来源(Metwaly et al ., 2020)。评估确定的和随机过程的相对重要性在微生物群落组装、零模型分析,和999随机选择用于生成模型的期望。β-nearest分类单元指数(βNTI)和Bray-Curtis-based Raup-Crick (RCBray)指数被用来测量系统和分类学多样性的变化(Stegen et al ., 2013)。然后,莱文的生态位宽度指数应用于估计决定论的模式和特性转化及其对微生物群落的影响(莱文,1968;芬恩et al ., 2020)。与此同时,根据样本组间的群落结构分布,来源跟踪、预测的组成比例,进行基于贝叶斯算法(骑士et al ., 2011)。
随机森林,树的机器学习模型,应用于检查每个样本的聚类,计算变量重要性使用意味着减少精度(Boulesteix et al ., 2012;哈里森·鲍里克和,2022年;赵et al ., 2022)。曲线下的面积(AUC)是用来评估模型的准确性和数据规范化使用z分数。识别的特点和类别之间的肠道微生物群的所有群体,Indval函数“labdsv”R包中被用来寻找指标显示显著差异(任et al ., 2022)。所有指标有显著差异分为三个层次基于相对丰富,阈值为0.75(高),0.50(媒介),和0.25(低),指标相对丰度较低,不能忽视被定义为稀有物种。基于网络分析的斯皮尔曼的相关性(|r| > 0.5,p< 0.05)进行全面描述圈养和野生群体之间的共变。前100名丰富的辣子鸡,被认为扮演重要角色并显示复杂的微生物群落中的积极和消极交互,确定了基于模块化的拓扑角色同现网络(邓et al ., 2012)。
预测微生物表型信息的差异在两组之间,在Wilcoxon rank-sum BugBase云平台上进行了测试2(Zhang et al ., 2019)。原核的分类单元的功能注释(FAPROTAX)是用来预测微生物功能。FAPROTAX预测是基于规范化contig-based 16 s rRNA OTU表注释数据库中的原核环境功能(Louca et al ., 2016)。
2.3。统计分析
所有报道值表示为平均值±标准偏差(SD)。微生物多样性的差异,生态位宽度,群体之间的表型,并预测函数进行了分析通过使用Wilcoxon rank-sum测试和可视化使用起源(v2023)。注释与相应的标志被认为是具有统计学意义的文本。
3所示。结果
3.1。肠道微生物群的高山麝是特定于环境的
环境评估了高山麝微生物的特异性通过比较主机被囚禁的微生物群落的相似之处(n= 14)和那些在野外(n= 23)。α多样性(抽泣,王牌,辛普森,Chao1 Smith-Wilson指数)和β多样性的结构被用来评估肠道微生物群俘虏(C)和野生(W)高山麝。抽泣索引值在C和W高山麝1217 .20±102.18和1063 .20±127.24,分别为(图1一个);C和W组Ace索引值是1519±1303±142.59和121.43,分别为(图1 b);辛普森指数在C和W值组分别为0.017±0.003,0.025±0.011,分别为(图1 c);Smith-Wilson值C和W组分别为0.473±0.008,0.459±0.033,分别为(图1 d);和Chao1索引值C和W组1531 .40±142.59和123.33±1311 .50,分别为(补充图1)。所有这些指标都在圈养高山麝组显著高于野生集团(p< 0.01),这表明有一个显著的差异与高山麝的生活环境有关。此外,nmd OTU层面上显示一个明确的论述基于Bray-Curtis集群的肠道微生物群落俘虏组和野生组,分别为(补充图2一个)和女性(氟)和男性之间的集群(决定物价)垄断集团(补充图2 b)。
图1。比较α多样性指数((一)哭泣,(B)王牌,(C)辛普森,(D)Smithwilson]的肠道微生物群俘虏(C)和野生(W)高山麝(意义*p< 0.05,* *p< 0.01,* * *p< 0.001)。
3.2。微生物群落组装过程是相对确定的
PLS-DA分数OTU级别的情节进一步表明,聚在一起根据不同的生活环境和确认样品与性别有关的集群现象在圈养高山麝应用这种监督聚类分析方法(图2一个,B)。零模型分析也显示更高的相对确定性过程的贡献(|βNTI |≥2)在高山麝肠道微生物组装配在很大程度上是受不同的生活环境和性别(图2 c,D)。此外,生态位宽度计算基于OTU水平估计显示物种分类的贡献和传播限制微生物群落结构。生态位宽度值C和W组分别为55.40±15.17,54.20±35.43,分别和两组之间未发现无显著差异(p> 0.05,图3一),而有显著差异之间的生态位宽度氟(74.29±14.84)和决定物价组(58.30±10.79;p< 0.05;图3 b)。此外,77%的C组的肠道微生物组是同源的W集团,如发现使用SourceTracker分析。氟和决定物价组织,共享植物的价值高达96% (图2 e,F)。
图2。(A, B)偏最小squares-discriminant微生物群落的分析(PLS-DA)每组;(C, D)微生物群落组装或社区结构βNTI / RCbray;(E, F)饼图的意思是SourceTracker比例估计为100从吉布斯抽样圈养和野生群体和囚禁女性和男性群体之间(W:野生,C:俘虏,氟:俘虏女,和决定物价:俘虏男性)。
图3。意味着生境生态位宽度的对比组。(一)野生和圈养群体。(B)俘虏女性与俘虏男性组(W:野生,C:俘虏,氟:俘虏女,和决定物价:俘虏男性;意义*p< 0.5)。
3.3。指标和物种(OTU)交互
样品表现出显著的分组基于随机森林OTU和属的水平,表明栖息地两组之间的特异性(数字4,C)。前30名的分类单元从随机变量重要性与森林有关的预测在OTU属水平所示图4 b,D。的意思是减少精度作为衡量变量的重要性。OTU1350、OTU1012 OTU1388展出的三大类群变量随机森林模型的重要性,这些属于门壁厚菌门和变形菌门,前三名的家庭也属于(补充图3)。然而,排名前三的排名中属类群的厚壁菌门和拟杆菌门。
图4。随机森林在OTU样本聚类分析(一)和属水平(C)辣子鸡,前30名(B)和属(D)与变量根据其重要性意味着精度下降。
识别的特点和类别之间的肠道微生物群的所有群体,R包函数Indval被用来寻找指标显示显著差异(p< 0.05)。信号,指示种(辣子鸡)可以改变肠道微生物群圈养和野生的高山麝,因此,可以作为代理来描述这些变化。有166个指标较高的丰富性(阈值:0.75 - -1.0)在C组,主要属于厚壁菌门(31.93%)、拟杆菌(18.67%)、变形菌门(27.11%)、Actinobacteriota(7.23%),和Verrucomicrobiota (4.22%)。然而,只有53指标W集团是属于厚壁菌门(60.38%)、Actinobacteriota(18.87%)、变形菌门(13.21%)、Desulfobacterota(3.77%),和拟杆菌(3.77%)(补充表1)。C和W集团共享同一类别和数量(33)与媒介丰度指标(阈值:0.25 - -0.75)显著差异(补充表2)。相比之下,低相对丰富的稀有物种指标(阈值:0 - 0.25)表现出极端的W和C组之间的差异,并没有共享的两组指标。稀有物种的数量指标(指标有显著差异和较低的相对丰度)W组(69)远远高于C组(43)和主要属于门壁厚菌门和拟杆菌门(补充表3)。人工性集团氟组包含独特的指标Gordonibacter,ynechococcus_CC9902 norank_f_norank_o_Microtrichales lachnospiraceae_ucg - 008,Acidibacter属于门Actinobacteriota,厚壁菌门和变形菌门(补充图4)。
也用斯皮尔曼的相关性(OTU-level共生|r| > 0.5,p< 0.05),网络在物种(辣子鸡)只有注册分类群在不同环境和性别。W集团包含858的网络边缘与积极的和消极的相关比例的24.71%和75.29,分别比624年更复杂的边缘在C组与积极的和消极的相关比例的46.15%和53.85,分别为(图5一个,B,补充表4)。模块V和VI缺乏W集团(模块化= 0.326)和较高的中心辣子鸡(前十)连接主要是分散在模块,而模块四世在C组(模块化= 0.327)。所有中心辣子鸡(前十)C和W组之间在门壁厚菌门。功能模块的布局不同性别之间的垄断集团。中心辣子鸡(前十)是反映在第三和第四模块,分别为(图5 c,D)。两组中最中心辣子鸡(氟和决定物价)属于厚壁菌门,但OTU445(氟组),OTU1537, OTU579(决定物价组)源自于门拟杆菌门。同时,中心辣子鸡1445(氟组)和579年和555年(在决定物价集团)属于Alistipes Rikenellaceae_RC9_gut_group Atopostipes,分别,这是使用随机森林与获得的结果一致。一些前30名的辣子鸡来自随机森林的结果,分布在不同的模块,表现出一定的网络关系(图5)。
图5。网络模块和连接不同群体的辣子鸡。同现的辣子鸡网络呈现不同的模块(一),野生(B),被女(C)和俘虏男性组(D)有积极的和消极的相关性(前30名辣子鸡来自随机森林结果显示⋆)。
3.4。肠道微生物群的功能预测
一个Wilcoxon rank-sum测试在表型上两组显示基于BugBase比例之间的显著差异(图6)。表型的相对贡献超过10%的合资公司,革兰氏阳性,厌氧,潜在的致病性,和包含移动元素,从而发挥重要作用在微生物群落的适应各自环境的状态。承受力主导两组,W集团有较高的相对贡献家庭Lachnospiraceae Oscillospiraceae,煤炭地下气化技术和技术- 010属于厚壁菌门菌纲的,而家庭Rikenellaceae门拟杆菌有较高的相对贡献的表型在C组(补充图5)。
图6。菌群,却能合成更多形成Wilcoxon rank-sum测试基于错误在两组(W:野生,C:俘虏;意义*p< 0.05,* *p< 0.01,* * *p< 0.001)。
FAPROTAX和Wilcoxon rank-sum测试是用来预测识别微生物群落的功能。所示图7chemoheterotrophy比例相对较高,发酵比W C组的观察组,这可能与饮食和能源供应的鹿。此外,函数与相对较高的比例和显著差异W组与C组动物寄生虫或共生体,哺乳动物的肠道和人类肠道(表1)。这间接反映了这样一个事实:圈养动物的经验更少的压力和疾病遇到由于积极的健康测试经理,而野生动物更抵抗疾病。此外,在这项研究中,没有观察到显著差异在菌群和提升功能却能合成更多形成俘虏男性和女性之间的高山麝(图7 b)。
图7。火山情节肠道微生物群高山mush鹿的函数。(一)俘虏组(C)与野生动物组(W),(B)女性组(F)与男性组(M)被囚禁。
表1。预测FAPROTAX官能团的组成和Wilcoxon rank-sum测试俘虏(C)和野生(W)组。
4所示。讨论
肠道微生物群,一个重要的“收购生物”,产生显著影响主人的生存和健康,参与许多重要的生理过程。动物的生存状态在各种条件下很容易获得而不伤害动物通过粪便取样和16 s rRNA高通量测序(Aguirre, Venema 2015;Rounge et al ., 2018;和队友et al ., 2019)。因此,这种方法被广泛应用于维护和恢复珍稀濒危野生动物(王et al ., 2016;Thitaram和布朗,2018年;Ning et al ., 2020)。在这项研究中,一系列的统计检验和机器学习方法被用来获取新数据的肠道微生物群圈养和野生高山麝基于粪便样本。高山麝的圈养大熊猫被发现有更高的肠道微生物多样性比野生种群(α和β多样性),这表明圈养大熊猫有复杂而稳定的肠道微生物群,有很好地适应当地的栖息地。这些结果不同于先前的研究肠道微生物群圈养和野生森林麝之间,只有一个显著差异在β多样性和α多样性无显著差异(李et al ., 2017)。各种因素影响哺乳动物的肠道微生物群,包括饮食,这是最主要和最重要的能源来源和营养为主机和肠道微生物群(雷et al ., 2008;吴et al ., 2011;Navarrete et al ., 2012;周年et al ., 2022)。许多研究表明,减少社区相似度随着栖息地和物种之间的差异(刘et al ., 2021;巴里et al ., 2022;杨et al ., 2022),动物性别影响肠道微生物群(也是一个主要因素Zhang et al ., 2022)。虽然直接分析方法没有反映性的肠道微生物群的差异(补充图2 b),显著差异显示通过使用监督分析方法(PLS-DA) (图2)。一般来说,圈养动物的自由是有限的生存空间和食物,但是他们的食物来源充足和平衡。在这项研究中,本地孤立的种群(圈养和野生种群)生存在同一纬度的区,有类似的气候条件。圈养高山麝的饮食主要由新鲜的叶子与食物有高蛋白质和碳水化合物的内容相结合,而野生高山麝主要食用野生植物叶子和真菌与高粗纤维和醚提取物。因此,肠道微生物群差异圈养和野生高山麝可能与环境的差异和获取食物。
社区大会mechanisms-an重要生态方面驱动力塑造社区由确定性和随机生态过程(Stegen et al ., 2012;Dini-Andreote et al ., 2015)。我们的研究结果表明,肠道微生物群落组装过程的圈养和野生高山麝大多是确定的。异构的选择(βNTI≥+ 2)是占主导地位的确定过程,其中包含生态选择非生物环境因素(环境过滤)和物种之间的相互对立和合作(Vellend 2010)。圈养和野生高山麝,食品中显著差异导致不同生境下的肠道微生物群的偏好和适应气候条件相似,导致装配过程,可以通过弱解释影响移民的影响和强大的环境过滤。性也会影响社区的装配过程,这是符合性肠道微生物多样性的影响。网络分析和同现模式揭示了强大而复杂的物种(辣子鸡)交互和指标(Toju et al ., 2016),强调社区的种间相互作用的重要性装配过程。丰富较高的指标在两组主要属于门壁厚菌门,这是常见的肠道微生物群在反刍动物(Gruninger et al ., 2014;Ishaq和赖特,2014年;李et al ., 2017)。两组指标较低的丰富性也表现出显著差异,及其丰度较低,但大量,大多是来自门壁厚菌门和拟杆菌门,说明他们在宿主肠道微妙的作用。拟杆菌是肠道微生物群的另一个组件存在于反刍动物(崔恩et al ., 2007;Gruninger et al ., 2014;李et al ., 2017)。
虽然野生高山麝的相关网络功能模块有两个少于OTU俘虏组水平,它显示了强烈的正面和负面的相关性评估肠道健康。中心辣子鸡(前十)呈现在每组都较高的连接。例如,在垄断集团OTU661 OTU1295属于家庭Lachnospiraceae,参与发酵产生醋酸和丁酸,能源的主要来源对寄主和艾滋病预防结肠癌(Dahiya et al ., 2019)。辣子鸡1411、1100、1186和1514是来自家庭Eubacterium_coprostanoligenes_group,有益对血脂异常的影响(魏et al ., 2021)。OTU1497属于家庭Christensenellaceae与免疫相关的成员的监管和健康的体内平衡和广泛存在于人类和动物肠道和粘膜(香港et al ., 2016)。野生群体,辣子鸡2231、1073和1466年来自家庭Lachnospiraceae,虽然OTU540 Eubacterium_coprostanoligenes_group属于家庭。超声心动图- 010是一个家庭在俘虏(OTU1383)之间共享和野生(辣子鸡58、1893、1262、326)组。然而,所有中心辣子鸡两组属于门壁厚菌门,可降解纤维素转化为挥发性脂肪酸主机使用。网络分析表明,高山麝的数量都相对健康,尽管鹿的肠道微生物在不同的生活环境不同,他们的复杂关系表示参与宿主的能源供应过程。相关网络的俘虏男性高山麝有一个比女性组的功能模块,但组内的相关性在本质上是类似的,和所有中心辣子鸡属于门壁厚菌门和拟杆菌门。拟杆菌门也降低碳水化合物和蛋白质,是至关重要的改善宿主免疫力和维持平衡的肠道微生物群(Hooper et al ., 2001;Backhed et al ., 2004;Hooper 2004;西尔斯,2005)。
功能预测在我们的研究中进行并行使用BugBase和FAPROTAX,小说具有强大的算法和数据库(Louca et al ., 2016;Zhang et al ., 2019)。压力的表型宽容和移动元素包含两个相对重要的球员,和野生组明显高于垄断集团。同时,微生物家庭这两种表型之间和网络互动前面描述的是一致的。我们推测,高山麝需要更多不同的肠道表型援助或补充代谢在野外需要极端的生存环境。由于集中圈养繁殖,圈养大熊猫也表现出显著更高比例的表型可能致病的细菌,尽管健康管理。相对较高的功能丰富的野生动物寄生虫或共生体人口可能有利于宿主肠道内稳态和应对环境变化。之前报道,一群野生的能量摄入能力比一群俘虏,指的是一个更高的厚壁菌门和拟杆菌门(F / B)的比率可能与增加的能量收获从结肠发酵(太阳et al ., 2020)。然而,肠道微生物群的功能预测表明,垄断集团的发酵相对高于野生群体在我们的研究中,这并不意味着矛盾与我们先前的调查结果。肠道微生物群的功能在野外组可能更倾斜或参与其他方面如人类肠道和哺乳动物肠道。
5。结论
这一研究获得的结果提高微生物生态学在反刍动物的理解来源于圈养和野生环境。本研究集中在高山麝的肠道微生物群落组装过程在不同的环境中,目的是揭示适应的状态下直接环境变化的存在。肠道微生物多样性和结构有显著差异在两组中,和微生物群落组装在很大程度上是由确定性机制。异构的选择是主要的确定过程,这可能是食品获得类似的气候条件密切相关。虽然指标显示显著差异的相对丰度在每个层面上,他们的起源是最终归因于门壁厚菌门,拟杆菌,变形菌门。在野外有一个较高的正相关,和俘虏组显示显著差异的功能chemoheterotrophy和发酵与野生群体相比,但是相反的是观察动物寄生虫或共生体的功能,可能与饮食有关,能源供应和医疗的动物。我们的研究还建议性是一个重要因素的确定过程中微生物群落组装,但定量和相关影响因素之间的关系(例如,环境,食物和性)和肠道微生物群今后值得进一步调查。
数据可用性声明
公开的数据集进行分析。这些数据可以发现:NCBI / BioProject / PRJNA380002 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/PRJNA380002)。
道德声明
综述了动物研究和实验动物伦理委员会的董事会批准,东北林业大学。
作者的贡献
ZZ:概念、方法、可视化、样品收集、监督和写作初稿。MD:概念、方法、可视化和数据管理。y:调查和样本收集。RHK:调查和写作、审查和编辑。JC:可视化。LT:监督调查,融资收购,写作,审查和编辑。ZL:概念化、监督、调查和资金收购。所有作者的手稿提交和批准。
资金
这项研究得到了国家自然科学基金(批准号。31870512,31870512,32070519),宁夏贺兰山国家级自然保护区的管理(nlf2020 - 93 - 1),和黑龙江Touyan创新团队项目森林生态学和保护。
确认
作者欣然承认贺兰山国家级自然保护区的工作人员对他们的关心和无私援助在野外工作。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
补充材料
本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2022.1108405/full补充材料
脚注
引用
Aguirre, M。,和Venema, K. (2015). The use of fecal samples for studying human obesity.欧元。j .论文。1067 - 1069年。doi: 10.1007 / s10654 - 015 - 0048 - z
和队友,r E。,Edwards, K. L., Unwin, B., Walker, S. L., and Shultz, S. (2019). Rare gut microbiota associated with breeding success, hormone metabolites and ovarian cycle phase in the critically endangered eastern black rhino.微生物组7、27。doi: 10.1186 / s40168 - 019 - 0639 - 0
Backhed F。丁,H。王,T。,Hooper, l . V。郭台铭,y K。Nagy,。,et al. (2004). The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage.Proc。国家的。学会科学。美国101年,15718 - 15723。doi: 10.1073 / pnas.0407076101
巴里·j·r·M。,Vilanova-Cuevas B。阿尔瓦雷斯,。马丁·E。,Malizia, A., Galindo-Cardona, A., et al. (2022). The bacterial and fungal gut microbiota of the greater wax moth,广场mellonellal .消费聚乙烯和聚苯乙烯。前面。Microbiol。13日,918861年。doi: 10.3389 / fmicb.2022.918861
Ben Shabat美国K。赛,G。,Doron-Faigenboim, A., Durman, T., Yaacoby, S., Miller, M. E. B., et al. (2016). Specific microbiome-dependent mechanisms underlie the energy harvest efficiency of ruminants.ISME J。10日,2958 - 2972。doi: 10.1038 / ismej.2016.62
Boulesteix, a . L。、Janitza年代。Kruppa, J。,和Konig, I. R. (2012). Overview of random forest methodology and practical guidance with emphasis on computational biology and bioinformatics.线数据分钟。知识。2,493 - 507。doi: 10.1002 / widm.1072
陈威D。魏,J。,Su, Z. G., Wu, L. W., Liu, M., Huang, X. X., et al. (2022). Deterministic mechanisms drive bacterial communities assembly in industrial wastewater treatment system.环绕。Int。168年,107486年。doi: 10.1016 / j.envint.2022.107486
d .闹市区Dahiya (K。,Renuka, D. A. K., Shandilya, U. K., Puniya, A. K., and Shukla, P. (2019). “Chapter 44-New-generation probiotics: perspectives and applications,” in微生物组和代谢组的诊断、治疗和其他战略应用、eds j . Faintuch和美国Faintuch(纽约:学术出版社),417 - 424。doi: 10.1016 / b978 - 0 - 12 - 815249 - 2.00044 - 0
大卫,洛杉矶。,Maurice, C. F., Carmody, R. N., Gootenberg, D. B., Button, J. E., Wolfe, B. E., et al. (2014). Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome.自然505年,559 - 563。doi: 10.1038 / nature12820
邓,L。,Chen, S. Y., Meng, W. Y., Zhou, Z. Y., Liu, H. F., Zhong, Z. J., et al. (2022). Changes in gut microbiota composition associated with the presence of enteric protist blastocystis in captive forest musk deer (麝香Berezovskii)。Microbiol。Spectr。10,e0226921。doi: 10.1128 / spectrum.02269-21
邓,Y。,Jiang, Y. H., Yang, Y. F., He, Z. L., Luo, F., and Zhou, J. Z. (2012). Molecular ecological network analyses.BMC生物信息学13日,113年。doi: 10.1186 / 1471-2105-13-113
Dini-Andreote F。Stegen, j . C。,van Elsas, J. D., and Salles, J. F. (2015). Disentangling mechanisms that mediate the balance between stochastic and deterministic processes in microbial succession.国家的。学会科学。美国112年,E1326-E1332。doi: 10.1073 / pnas.1414261112
Fargione, J。,Brown, C. S., and Tilman, D. (2003). Community assembly and invasion: an experimental test of neutral versus niche processes.Proc。国家的。学会科学。美国100年,8916 - 8920。doi: 10.1073 / pnas.1033107100
芬恩,d R。Yu, J。,Ilhan, Z. E., Fernandes, V. M. C., Penton, C. R., Krajmalnik-Brown, R., et al. (2020). MicroNiche: an R package for assessing microbial niche breadth and overlap from amplicon sequencing data.《。生态。96年,fiaa131。doi: 10.1093 / femsec / fiaa131
弗里德曼,N。,Shriker, E., Gold, B., Durman, T., Zarecki, R., Ruppin, E., et al. (2017). Diet-induced changes of redox potential underlie compositional shifts in the rumen archaeal community.环绕。Microbiol。19日,174 - 184。doi: 10.1111 / 1462 - 2920.13551
Gruninger, r . J。靠,c W。,McAllister, T. A., and Forster, R. J. (2014). Diversity of rumen bacteria in Canadian cervids.《公共科学图书馆•综合》9,e89682。doi: 10.1371 / journal.pone.0089682
哈里斯,r (2016)。麝香Chrysogaster。2016年世界自然保护联盟濒危物种红色名录。doi: 10.2305 / iucn.uk.2016 rlts.t13895a61977139.en——1.
周年,K。,Kendig, M. D., Kaakoush, N. O., Tajaddini, A., Westbrook, R. F., and Morris, M. J. (2022). The influence of maternal unhealthy diet on maturation of offspring gut microbiota in rat.动画。微生物组4,31。doi: 10.1186 / s42523 - 022 - 00185 - w
Hooper, l . V。黄,m . H。席林,。,Hansson, L., Falk, P. G., and Gordon, J. I. (2001). Molecular analysis of commensal host-microbial relationships in the intestine.科学291年,881 - 885。doi: 10.1126 / science.291.5505.881
Ishaq, s . L。,和Wright, A. D. (2014). High-throughput DNA sequencing of the ruminal bacteria from moose (酒精度酒精度)在佛蒙特州,阿拉斯加和挪威。活细胞。生态。68年,185 - 195。doi: 10.1007 / s00248 - 014 - 0399 - 0
江,F。,Gao, H. M., Qin, W., Song, P. F., Wang, H. J., Zhang, J. J., et al. (2021). Marked seasonal variation in structure and function of gut microbiota in forest and alpine musk deer.前面。Microbiol。12日,699797年。doi: 10.3389 / fmicb.2021.699797
江,F。,Zhang, J. J., Gao, H. M., Cai, Z. Y., Zhou, X. W., Li, S. Q., et al. (2020). Musk deer (麝香spp)。气候变化下面临重新分配较高的海拔和纬度在中国。科学。总环境。704年,135335年。doi: 10.1016 / j.scitotenv.2019.135335
娇,S。,Yang, Y. F., Xu, Y. Q., Zhang, J., and Lu, Y. H. (2019). Balance between community assembly processes mediates species coexistence in agricultural soil microbiomes across eastern China.ISME J。14日,202 - 216。doi: 10.1038 / s41396 - 019 - 0522 - 9
骑士,D。,Kuczynski, J., Charlson, E. S., Zaneveld, J., Mozer, M. C., Collman, R. G., et al. (2011). Bayesian community-wide culture-independent microbial source tracking.Nat方法。8,761 - u107。doi: 10.1038 / nmeth.1650
Kokou F。,Sasson, G., Friedman, J., Eyal, S., Ovadia, O., Harpaz, S, et al. (2019). Core gut microbial communities are maintained by beneficial interactions and strain variability in fish.Microbiol Nat。4,2456 - 2465。doi: 10.1038 / s41564 - 019 - 0560 - 0
香港,f . L。,Hua, Y. T., Zeng, B., Ning, R. H., Li, Y., and Zhao, J. C. (2016). Gut microbiota signatures of longevity.咕咕叫。医学杂志。26日,R832-R833。doi: 10.1016 / j.cub.2016.08.015
雷,r E。,Lozupone, C. A., Hamady, M., Knight, R., and Gordon, J. I. (2008). Worlds within worlds: evolution of the vertebrate gut microbiota.启Microbiol Nat。6,776 - 788。doi: 10.1038 / nrmicro1978
李,y . M。,Hu, X. L., Yang, S., Zhou, J. T., Zhang, T. X., Qi, L., et al. (2017). Comparative analysis of the gut microbiota composition between captive and wild forest musk deer.前面。Microbiol。8,1705。doi: 10.3389 / fmicb.2017.01705
刘,j . M。,Wang, X. L., Liu, J., Liu, X. Y., Zhang, X. H., and Liu, J. W. (2022). Comparison of assembly process and co-occurrence pattern between planktonic and benthic microbial communities in the Bohai Sea.前面。Microbiol。13日,1003623。doi: 10.3389 / fmicb.2022.1003623
刘,r S。,Shi, J. B., Shultz, S., Guo, D. S., and Liu, D. Z. (2021). Fecal bacterial community of allopatric Przewalski's gazelles and their sympatric relatives.前面。Microbiol。12日,737042年。doi: 10.3389 / fmicb.2021.737042
Louca, S。,Parfrey, L. W., and Doebeli, M. (2016). Decoupling function and taxonomy in the global ocean microbiome.科学353年,1272 - 1277。doi: 10.1126 / science.aaf4507
孟,X X。,Gong, B. C., Ma, G., and Xiang, L. L. (2011). Quantified analyses of musk deer farming in China: a tool for sustainable musk production and ex situ conservation.亚洲欧斯特。j .似的。24岁,1473 - 1482。doi: 10.5713 / ajas.2011.11111
Metwaly,。,Dunkel, A., Waldschmitt, N., Raj, A. C. D., Lagkouvardos, I., Corraliza, A. M., et al. (2020). Integrated microbiota and metabolite profiles link Crohn's disease to sulfur metabolism.Nat。Commun。11日,4322年。doi: 10.1038 / s41467 - 020 - 17956 - 1
密苏里州,Y Y。,Peng, F., Gao, X. F., Xiao, P., Logares, R., Jeppesen, E., et al. (2021). Low shifts in salinity determined assembly processes and network stability of microeukaryotic plankton communities in a subtropical urban reservoir.微生物组9日,128年。doi: 10.1186 / s40168 - 021 - 01079 - w
Navarrete, P。玛格尼,F。,Araneda, C., Fuentes, P., Barros, L., Opazo, R., et al. (2012). PCR-TTGE analysis of 16S rRNA from rainbow trout (雄鱼mykiss)肠道微生物群揭示活性细菌的寄主专一性的社区。《公共科学图书馆•综合》7,e31335。doi: 10.1371 / journal.pone.0031335
Nemergut, d R。,Schmidt, S. K., Fukami, T., O'Neill, S. P., Bilinski, T. M., Stanish, L. F., et al. (2013). Patterns and processes of microbial community assembly.Microbiol。摩尔。杂志。R。77年,342 - 356。doi: 10.1128 / MMBR.00051-12
宁,Y。,Qi, J. Z., Dobbins, M. T., Liang, X., Wang, J. X., Chen, S. Y., et al. (2020). Comparative analysis of microbial community structure and function in the gut of wild and captive amur tiger.前面。Microbiol。11日,1665年。doi: 10.3389 / fmicb.2020.01665
鲍里克,L。,和Harrison, S. P. (2022). Modelling and prediction of wind damage in forest ecosystems of the Sudety Mountains, SW Poland.科学。总环境。815年,151972年。doi: 10.1016 / j.scitotenv.2021.151972
任,Y。,Yu, G., Shi, C. P., Liu, L. M., Guo, Q., Han, C., et al. (2022). Majorbio cloud: a one-stop, comprehensive bioinformatic platform for multiomics analyses.iMeta1,e12汽油。doi: 10.1002 / imt2.12
Rounge, t . B。Meisal, R。,Nordby, J. I., Ambur, O. H., de Lange, T., and Hoff, G. (2018). Evaluating gut microbiota profiles from archived fecal samples.BMC杂志。18日,171年。doi: 10.1186 / s12876 - 018 - 0896 - 6
斯诺,s . L。烛光,M。,Rampelli, S., Centanni, M., Consolandi, C., Basaglia, G., et al. (2014). Gut microbiome of hadza hunter-gatherers.Commun Nat。5,3654。doi: 10.1038 / ncomms4654
Stegen, j . C。林,x J。,Fredrickson, J. K., Chen, X. Y., Kennedy, D. W., Murray, C. J., et al. (2013). Quantifying community assembly processes and identifying features that impose them.ISME J。7,2069 - 2079。doi: 10.1038 / ismej.2013.93
Stegen, j . C。林,x J。,Konopka, A. E., and Fredrickson, J. K. (2012). Stochastic and deterministic assembly processes in subsurface microbial communities.ISME J。6,1653 - 1664。doi: 10.1038 / ismej.2012.22
太阳,y W。,Sun, Y. J., Shi, Z. H., Liu, Z. S., Zhao, C., and Lu, T. F. (2020). Gut microbiota of wild and captive Alpine musk deer (Moschus chrysogaster).前面。Microbiol。10日,3156年。doi: 10.3389 / fmicb.2019.03156
崔恩,m·A。,Præsteng, K. E., Cann, I. K., Mathiesen, S. D., and Mackie, R. I. (2007). Novel rumen bacterial diversity in two geographically separated sub-species of reindeer.活细胞。生态。54岁,424 - 438。doi: 10.1007 / s00248 - 007 - 9254 - x
Thitaram C。,和Brown, J. L. (2018). Monitoring and controlling ovarian activity in elephants.Theriogenology109年,42-47。doi: 10.1016 / j.theriogenology.2017.12.009
Toju, H。,Kishida, O., Katayama, N., and Takagi, K. (2016). Networks depicting the fine-scale co-occurrences of fungi in soil horizons.《公共科学图书馆•综合》11日,e0165987。doi: 10.1371 / journal.pone.0165987
恩伯,p . J。Hamady, M。,Yatsunenko, T., Cantarel, B. L., Duncan, A., Ley, R. E., et al. (2009). A core gut microbiome in obese and lean twins.自然457年,480 - 484。doi: 10.1038 / nature07540
王,J·J。沈,J。,Wu, Y. C., Tu, C., Soininen, J., Stegen, J. C., et al. (2013). Phylogenetic beta diversity in bacterial assemblages across ecosystems: deterministic versus stochastic processes.ISME J。7,1310 - 1321。doi: 10.1038 / ismej.2013.30
王,L。,Ding, J. J., Yang, Z. S., Chen, H., Yao, R., Dai, Q., et al. (2019). Père David's deer gut microbiome changes across captive and translocated populations: implications for conservation.另一个星球。达成。12日,622 - 635。doi: 10.1111 / eva.12743
王,y . H。,Liu, S. Q., Yang, S., Zhang, T. X., Wei, Y. T., Zhou, J. T., et al. (2016). Determination of ovarian cyclicity and pregnancy using fecal progesterone in forest musk deer (麝香berezovskii)。动画。天线转换开关。科学。170年,1 - 9。doi: 10.1016 / j.anireprosci.2016.03.002
魏,W。,Jiang, W. B., Tian, Z., Wu, H. Y., Ning, H., Yan, G. C., et al. (2021). Fecal g.链球菌和g。Eubacterium_coprostanoligenes_group结合鞘氨醇调节血清血脂异常的高脂肪饮食的老鼠。中国。减轻。40岁,4234 - 4245。doi: 10.1016 / j.clnu.2021.01.031
吴,g D。,Chen, J., Hoffmann, C., Bittinger, K., Chen, Y. Y., Keilbaugh, S. A., et al. (2011). Linking long-term dietary patterns with gut microbial enterotypes.科学334年,105 - 108。doi: 10.1126 / science.1208344
杨,S。,Ding, M. Q., Ren, X. R., Zhang, Z. R., Li, M. X., Zhang, L. L., et al. (2022). Impacts of physical-chemical property of polyethylene on depolymerization and biodegradation in yellow and dark mealworms with high purity microplastics.科学。总环境。828年,154458年。doi: 10.1016 / j.scitotenv.2022.154458pagebreak
Zeevi D。,Korem, T., Godneva, A., Bar, N., Kurilshikov, A., Lotan-Pompan, M., et al. (2019). Structural variation in the gut microbiome associates with host health.自然568年,43-48。doi: 10.1038 / s41586 - 019 - 1065 - y
张,k . P。施,Y。,Cui, X. Q., Yue, P., Li, K. H., Liu, X. J., et al. (2019). Salinity is a key determinant for soil microbial communities in a desert ecosystem.mSystems4,e00225-e00218。doi: 10.1128 / mSystems.00225-18
张,z . R。、朱、Q。,Chen, J. D., Khattak, R. H., Li, Z. Z., Teng, L. W., et al. (2022). Insights into the composition of gut microbiota in response to environmental temperature: the case of the mongolia racerunner (Eremias argus)。水珠。生态。Conserv。36岁,e02125。doi: 10.1016 / j.gecco.2022.e02125
赵,z L。,Jiang, J. W., Zheng, J., Pan, Y. J., Dong, Y., Chen, Z., et al. (2022). Exploiting the gut microbiota to predict the origins and quality traits of cultured sea cucumbers.环绕。Microbiol。24岁,3882 - 3897。doi: 10.1111 / 1462 - 2920.15972
关键词:反刍动物、微生物多样性、装配机制、环境变化、功能
引用:张Z,叮,太阳Y, Khattak RH,陈J,刘邓L和Z(2023)不同的生活环境驱动确定性的肠道微生物群落组合高山麝(麝香chrysogaster)。前面。Microbiol。13:1108405。doi: 10.3389 / fmicb.2022.1108405
收到:2022年11月26日;接受:2022年12月22日;
发表:2023年1月13日。
编辑:
和朱、南京中医药大学、中国版权©2023张,叮,阳光、Khattak Chen腾和刘。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。
*通信:身子腾,
tenglw1975@163.com;生,zhenshengliu@163.com