圈养和自由生活猕猴肠道微生物多样性研究

圈养和自由生活猕猴肠道微生物多样性研究动物的肠道是一个复杂的生态系统,其中栖息着丰富、多样的微生物。越来越多的研究表明,肠道微生物(gut microbiota)在动物的营养消化吸收、能量代谢平衡、免疫防御功能以及行为等诸多方面有着重要的影响,是动物适应性演化的重要特征,与栖息环境、食物资源等密切相关。

然而,伴随人类活动产生的全球以及局域性变化,不仅可以直接、间接影响动物的栖息环境、食物资源、生理生态以及行为等,还可以通过改变肠道微生物群落而影响动物行为、健康等方面。因此,探究不同环境条件下,动物尤其是野生动物的肠道微生物群落组成与多样性,不仅有助于理解物种对变化环境的响应,还

可以为圈养动物、野生动物尤其是珍稀濒危动物保护与管理提供依据。

猕猴(Macaca mulatta)是世界上自然分布最广泛的非人灵长类物种,在生理、生化、行为等方面与人类有着诸多相似之处,不仅是重要的实验动物,亦是诸如动物园、野生动物园以及生态旅游区内重要的观赏动物。为探究不同环境条件对猕猴肠道微生物多样性的影响,于2017年1月,采用非损伤性取样的方法,基于二代高通量测序技术,借助生物信息分析技术与平台,以分析圈养(captive)和自由生活(free-ranging)猕猴的肠道微生物群落组成与多样性,旨在深化认识不同环境对猕猴肠道微生物的影响,以便为动物园、野生动物园、生态旅游区等处的猕猴管护等提供科学依据。

主要研究内容与结果如下:1)圈养猕猴肠道微生物多样性研究以圈养于郑州市动物园“猴山”的猕猴为研究对象,于2017年1月10日,分别采集上、下午新鲜粪样各20份,利用商业DNA提取试剂盒提取与质控,随机选取质控合格的上、下午样品各10份,然后,借助二代测序平台进行高通量测序,经生物信息学分析,

探究圈养猕猴肠道微生物群落组成与多样性。结果显示:1)物种组成分析:上、下午组共有741个OTU、160属、57科13门,其中上午组独有28个OTU、2个特有属,而下午组仅有6个特有OTU;2)α多样性分析:上午组OTU水平上的丰富度Sobs指数、多样性Shannon指数与均匀度Shannon even指数均显著高于下午组,而在其他水平的各指标中,仅丰富度Sobs指数在上午组的纲和科水平上显著高于下午组;3)样本分组分析:在OTU、属、科和门水平上ANOSIM分析显示上午组和下午组无显著差异;4)核心菌群分析:门水平上厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的比例约为86%,科水平上胃瘤菌科(Ruminococcaceae)和普雷沃氏菌科(Prevotellaceae)占主导,属水平上因普氏菌属(Prevotella)占优势而被归为“普氏菌肠型”;5)组间物种差异分析:OTU水平上,上午组的OTU299、OTU691、OTU705等的百分比显著低于下午组,而OTU177则相反;属、科水平上,下午组的乳杆菌属(Lactobacillus)、乳杆菌科(Lactobacillaceae)的百分比均显著高于上午组;门水平上,群落中柔膜菌门(Tenericutes)百分比上午组显著高于下午组。

2)自由生活太行山猕猴肠道微生物多样性研究以活动于河南省济源市五龙口地区的太行山猕猴WLK-1群为研究对象,于2017年1月11日至15日,分别采集成年雌性、成年雄性个体的新鲜粪便样,随机选取经DNA提取、质控合格的样品各10份,然后,借助二代测序平台进行高通量测序,经生物信息学分析,探究自由生活太行山猕猴肠道微生物群落组成与多样性。结果显示:1)物种组成分析:成年雌性组和成年雄性组共有845个OTU,分别隶属于185属、62科、14门,其中前者特有11个OTU、1个属、1个科和1个门(Fusobacteria),而后者特有37个OTU、1个属;2)α多样性分析:成年雌性组OTU、属、科和门水平上的丰富度

Sobs指数、多样性Shannon指数与均匀度Shannon even指数与成年雄性组均无显著差异;3)样本分组分析:在OTU、属、科和门水平上ANOSIM分析显示成年雌性组和成年雄性组无显著差异;4)核心菌群分析:门水平上厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)占据约84%,科水平占优势的为胃瘤菌科(Ruminococcaceae)和普雷沃氏菌科(Prevotellaceae)共占约43%,属水平上因

普氏菌属(Prevotella)占优势而被归为“普氏菌肠型”;5)组间物种差异分析:科水平上,成年雌性组拟杆菌目S24-7组(Bacteroidales_S24-7_group)的百分比显著高于成年雄性组;门水平上,成年雄性组蓝细菌门(Cyanobacteria)百分比显著高于成年雌性组。

3)圈养与自由生活猕猴肠道微生物多样性比较基于圈养、自由生活猕猴肠道微生物群落分析发现,虽然圈养上午组和下午组组间、自由生活雌性组和雄性组组间存在一些物种组成上的一定差异,但两种条件下各自组间差异性均不显著,因此,本研究将圈养条件和自由生活条件分别划为“圈养组”和“自由组”。对圈养组和自由组猕猴肠道微生物群落组成与多样性比较分析发现:1)物种组成分析:圈养组和自由组共有个1064个OTU,分别隶属于191属、66科、14门,其中前者特有60个OTU、3个属和2个科,而后者特有95个OTU、7个属和1个科;2)α多样性分析:圈养组除在属水平上丰富度Sobs指数显著低于自由组外,其余OTU、属和门水平的丰富度Sobs指数、多样性Shannon指数与均匀度Shannon even

指数等均无显著性差异;3)样本分组分析:除门水平上ANOSIM分析显示分组无显著性差异外,在OTU、属和科水平上ANOSIM分析显示圈养组与自由组均存在显著差异;4)核心菌群分析:门水平上厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)约占总肠道微生物的85%,科水平占优势的为胃瘤菌科

(Ruminococcaceae)和普雷沃氏菌科(Prevotellaceae)共占约44%,而属水平上

因普氏菌属(Prevotella)占优势而被归为“普氏菌肠型”;5)组间物种差异分析:OTU水平上,圈养组的OTU669、OTU957、OTU1034、OTU668、OTU1003和OTU361等的百分比显著高于自由组,而OTU2877、OTU958、OTU806、OTU181、OTU92和OTU809则相反;属水平上,除圈养组的部分未清楚划分类群的百分比显著高于自

由组之外,自由组的琥珀酸弧菌属(Succunivibrio)和巨型球菌属(Megasphaera)等的百分比均显著高于圈养组;科水平上,自由组的毛螺菌科(Lachnospiraceae)、韦荣球菌科(Veillonellaceae)和琥珀酸弧菌科(Succinivibrionaceae)等显著

高于圈养组,而消化链球菌科(Peptostreptococcaceae)则相反;门水平上,群落

中拟杆菌门(Bacteroidetes)、柔膜菌门(Tenericutes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和硝化螺旋菌门(Lentisphaerae)百分比圈养组显著高于自

由组。

综上研究结果显示,两种环境条件下,猕猴肠道微生物菌落具有较高的一致性,即存在较强的保守性,然而亦存在一定程度的可塑性,即环境条件差异会导致猕猴肠道微生物组成在保持较强稳定性的基础上发生一定的差异。本研究初步分析了环境条件差异对猕猴肠道微生物群落组成和多样性的影响,然而这些影响是否会对猕猴种群,尤其是对野生种群带来积极、负面影响等问题有待深入研究。