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★ 三個(gè)地理種群野生棘胸蛙腸道微生物多樣性和功能分析

李  晗1，萬(wàn)  剛1，王巖峰2，朱  飄1，鄭榮泉1,3，陽(yáng)  鋼1,4，朱靈紅1，胡曉曉1,3*

（1.浙江師范大學(xué)野生動(dòng)物生物技術(shù)與保護(hù)利用省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，金華，321004；2.永康市自然資源和規(guī)劃局，永康，321004；3.浙江師范大學(xué)行知學(xué)院，蘭溪，321100；4.南昌大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院水產(chǎn)科學(xué)系，南昌，330047）

論文摘要

利用16S rRNA高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)中國(guó)東部（浙江）、中部（廣東和江西）和西部（廣西和貴州）3個(gè)地理種群的棘胸蛙（Quasipaa spinosa）進(jìn)行腸道菌群的多樣性和功能分析，以研究不同生境環(huán)境下棘胸蛙的腸道微生物差異。測(cè)序結(jié)果顯示：東部、中部和西部地區(qū)共有OTU 530個(gè)，各地區(qū)特有的OTU分別為48、123、118個(gè)。西部地區(qū)棘胸蛙腸道菌群的物種豐富度和多樣性最高，3個(gè)地理種群棘胸蛙的優(yōu)勢(shì)菌門(mén)均為擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）、變形菌門(mén)（Proteobacteria）和厚壁菌門(mén)（Firmicutes）。在屬水平上，西部地理種群的阿克曼菌屬（Akkermansia）、沙雷氏菌屬（Serratia）豐度顯著高于其他兩個(gè)地理種群，東部地理種群的小螺菌屬（Mucispirillum）豐度較其他2個(gè)地理種群高。3個(gè)地理種群棘胸蛙的腸道微生物功能也存在共性，主要集中于新陳代謝中的能量代謝、碳水化合物代謝和氨基酸代謝等方面。本研究從腸道微生物角度探究棘胸蛙的環(huán)境適應(yīng)性，為其生態(tài)保護(hù)和健康養(yǎng)殖提供新的理論依據(jù)。

論文速覽

棘胸蛙又名石蛙，主要棲息于中國(guó)南方的丘陵地區(qū)，是我國(guó)重要的大型野生蛙。目前，由于人類(lèi)濫捕及生境被破壞，棘胸蛙種群規(guī)模逐年減小，已被IUCN瀕危物種紅色名錄列為易危（UV）物種。本實(shí)驗(yàn)室前期利用線(xiàn)粒體DNA序列變異和微衛(wèi)星分子標(biāo)記研究了棘胸蛙的遺傳多樣性、遺傳結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)地理格局，結(jié)果發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)棘胸蛙分為3個(gè)不同的支系，每個(gè)支系都具有相對(duì)應(yīng)的地理分布區(qū)：中國(guó)的西部、中部和東部。然而關(guān)于地理分布對(duì)棘胸蛙腸道菌群影響的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

● 棘胸蛙（萬(wàn)剛 攝影）

本研究基于高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)中國(guó)東部（浙江）、中部（廣東和江西）和西部（廣西和貴州）3個(gè)地理種群的棘胸蛙腸道微生物群落結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分析，旨在揭示不同地理種群棘胸蛙腸道微生物組成的特點(diǎn)，為后續(xù)棘胸蛙的生態(tài)保護(hù)、人工養(yǎng)殖和疾病防治提供參考。

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● 不同地區(qū)棘胸蛙的腸道微生物組成

在門(mén)水平上，每個(gè)門(mén)類(lèi)細(xì)菌在不同地理分布區(qū)的棘胸蛙腸道中的豐度存在差異，但排名前3的菌門(mén)均為擬桿菌門(mén)、變形菌門(mén)和厚壁菌門(mén)，這3個(gè)菌門(mén)既是棘胸蛙腸道菌群中的優(yōu)勢(shì)菌門(mén)，也是核心菌門(mén)。從屬水平結(jié)構(gòu)來(lái)看，3個(gè)地理種群均有大量未被注釋的菌群，在3個(gè)地理種群中都出現(xiàn)且相對(duì)豐度較高的菌屬為擬桿菌屬、小螺菌屬和PW3。

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● 不同地區(qū)棘胸蛙腸道菌群Alpha多樣性指數(shù)

Alpha多樣性分析表明，西部地區(qū)棘胸蛙的腸道菌群在豐富度（Chao1指數(shù)和Ace指數(shù)）和多樣性（Simpson指數(shù)）上均顯著高于東部地區(qū)和中部地區(qū)。

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● 不同地區(qū)棘胸蛙腸道菌群非度量多維排列（NMDS）β多樣性

利用NMDS分析不同地理種群腸道菌群組成相似性，結(jié)果表明東部地區(qū)的棘胸蛙腸道菌群組成相似度最高，中部地區(qū)相似度最低。從不同地區(qū)來(lái)看，3個(gè)地區(qū)的樣本點(diǎn)分布位置稀疏，間隔較遠(yuǎn)，說(shuō)明不同地理種群棘胸蛙腸道菌群差異顯著。

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● 不同地理種群樣品一級(jí)通路功能占比

通過(guò)PICRUSt分析，探究棘胸蛙腸道微生物群落的功能潛力，一級(jí)通路揭示了代謝、遺傳信息處理、環(huán)境信息處理、細(xì)胞過(guò)程、人類(lèi)疾病和有機(jī)系統(tǒng)六大核心功能域。

研究結(jié)果顯示，3個(gè)地理種群棘胸蛙的腸道菌群結(jié)構(gòu)存在共性，其優(yōu)勢(shì)菌門(mén)均為擬桿菌門(mén)、變形菌門(mén)和厚壁菌門(mén)，同時(shí)也存在一定的差異：西部地區(qū)棘胸蛙腸道菌群的豐富度和多樣性最高，疣微菌門(mén)的豐度顯著增高；在屬水平上，小螺菌屬、沙雷氏菌屬、阿克曼氏菌屬和擬桿菌屬在3個(gè)地理種群的棘胸蛙之間差異較大。本研究聚焦于不同地理種群棘胸蛙腸道菌群的深入剖析，不僅能夠增進(jìn)對(duì)棘胸蛙消化生理機(jī)制及營(yíng)養(yǎng)需求特性的理解，而且為棘胸蛙的生態(tài)環(huán)境改善、健康養(yǎng)殖提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，一些腸道疾病往往與腸道細(xì)菌緊密相關(guān)，研究腸道菌群有助于了解疾病發(fā)生發(fā)展的微生物學(xué)基礎(chǔ)，從而有效進(jìn)行疾病防控，保護(hù)棘胸蛙資源。

● 基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（32370454）；江西省漁業(yè)種業(yè)聯(lián)合育種攻關(guān)項(xiàng)目（2023yyzygg-03）；金華市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2020-2-015）；永康市野生動(dòng)物資源本底調(diào)查項(xiàng)目

● 第一作者簡(jiǎn)介：李晗（2001—），女，碩士研究生；主要從事野生動(dòng)物保護(hù)研究。E-mail：2089504899@qq.com

● *通信作者：胡曉曉，E-mail：xxhu@zjnu.cn