图4 肠道菌群的LEfSe分析和比较肠道微生物类群的核心群菌。（A）基于OTUs鉴别特征的LEfSe分析。（B）在两组东方白鹳肠道菌群的核心5大核心菌门。（C）在两组东方白鹳肠道菌群的核心5大核心菌属。

图5 在每个样本中预测的KEGG功能热图。

讨论

该研究通过在Illumina MiSeq平台上对两种繁殖环境下的东方白鹳粪便样本进行16S rRNA基因扩增子测序，分析了肠道菌群的组成和比较了差异。东方白鹳是一种濒临灭绝的水鸟，并且提出了许多策略保护东方白鹳，包括建立合适的自然保护区。然而，有效支持东方白鹳相关保护工作的肠道微生物知识有限。因此，为了分析东方白鹳在圈养和野生环境下肠道菌群组成和差异，研究人员通过16S rRNA基因高通量测序分别对天津动物园和天津七里海湿地的东方白鹳进行肠道菌群比较分析。这种方法可以在不需要培养的情况下探索微生物群的组成和丰度。1 微生物菌群组成和相对丰度东方白鹳粪便中的细菌群落特征表明，圈养组和野生组的微生物群落组成相似，但细菌丰度在两组间存在显著差异。在门分类水平上，东方白鹳的肠道菌群主要由厚壁菌门、变形菌门和放线菌门组成，并且厚壁菌门是Z组和W组中丰度最高的革兰氏阳性菌。该菌群组成与其他野生鸟类基本一致，例如，加拿大鹅、丹顶鹤、达尔文雀、帽带企鹅、欧洲秃鹃和鸮鹦鹉，厚壁菌门是鸟类肠道菌群的优势菌群。厚壁菌门的成员在代谢、消化、吸收蛋白质和其他营养物质等功能中扮演了重要的作用。例如，厚壁菌门与分解脂肪酸相关，并且厚壁菌门可以产生大量的丁酸盐，丁酸盐被认为是有益健康的重要物质，因为它可以提高胰岛素敏感性，调节能量代谢，增加瘦蛋白基因表达。拟杆菌门的主要产物是乙酸和丙酸。丙酸可以降低参与脂肪酸合成相关酶的表达，乙酸能促进胰岛素和胃饥饿素的分泌。尽管一些研究推测在许多动物模型和人类中，厚壁菌门与拟杆菌门（F/B）比率可能与肥胖有关，但是表明肥胖与厚壁菌门/拟杆菌门比值变化之间存在关联的证据并不能令人信服。在该研究中，Z组中F/B比例高于W组中的比例，说明天津动物园东方白鹳的肠道菌群可以帮助宿主更有效地利用营养物质和从食物中获取热量，因为在这些途径中厚壁菌门比拟杆菌门更有效。天津七里海湿地东方白鹳的体重和健康状况等生理指标难以获取，因此很难了解厚壁菌门/拟杆菌门之比与两组体重之间的关系。Paeniclostridium是Z组中最丰度最高的菌属，而乳杆菌属在W组中是最丰度最高的菌属，在Z组中也是最重要的菌属之一。在Z组和W组中乳杆菌属的丰度均较高（分别为8.55%和8.33%）。在之前的报道中，乳杆菌属是肠道菌群中重要的细菌类群，拥有较高水平的β-木糖苷酶和β-葡萄糖苷酶。在这项研究中，两组丰度相似的乳杆菌属可能与食性组成相关。东方白鹳的食量很大，尽管两组的食性组成不同，但是在不同环境中摄入的糖分可能是相似的。因此，研究食性组成与生存环境的关系和探究这些细菌在东方白鹳代谢途径中的功能非常有意义。2 β多样性分析和菌群结构聚焦于系统发育关系的UniFrac方法是由Lozupone 和 Knight开发的。加权和未加权的UniFrac指数可以有效的分析微生物群落的差异和相关性。在这项研究中，加权和未加权的UniFrac指标都表明，每个粪便样本都有不同的微生物群落，并且东方白鹳肠道菌群在不同繁殖条件下基本保持一致并聚集在一起。采用PICRUSt方法对东方白鹳的微生物功能进行了分析。东方白鹳的肠道菌群与功能相关，例如细胞过程和新陈代谢。这些数据有助于理解肠道微生物类群与代谢之间的关系，以及肠道微生物对宿主健康的影响。然而，就像其他鸟类肠道微生物群的研究一样，目前这项研究的局限性是从每只鸟类身上获取DNA，这影响了个体水平上肠道微生物群与宿主遗传和生理关系的研究。在门分类水平上，24份粪便样品分析揭示了东方白鹳的肠道菌群与丹顶鹤和黑颈鹤的结果相似，因为厚壁菌门是这三种鸟类的优势菌门。比较东方白鹳的Z组和W组肠道菌群相对丰度揭示了肠道菌群结构和丰度在门分类水平上是相对稳定的，但在属分类水平上是多变的和复杂的。微生物组成的丰富度和多样性存在显著差异，并且宿主肠道菌群可能与食性、地形和季节变化有关。Z组与W组的差异主要表现在生存条件和饮食条件上。天津七里海湿地的东方白鹳对能量的要求更高，食性组成也更多样化，所以W组比Z组有更丰富的肠道微生物群。本研究表明生物地理因素和膳食因素可能影响了东方白鹳肠道菌群结构，因为两组物种的代谢和能量采集需求存在差异。这与之前鸟类的相关研究结果一致，即肠道微生物的群落结构和丰度主要受食性的影响。食性组成的差异可能导致两组粪便微生物群的差异，食性组成和生存条件对粪便微生物群的作用有待进一步研究。所以接下来，研究人员将结合宏基因组学和代谢组学来研究生存条件是否改变粪菌群。此外，因为不同的微生物类群对碳水化合物、蛋白质和纤维素的消化能力有不同的效果，食物组成的差异将对宿主肠道微生物群的变化产生重要影响。这可能会影响东方白鹳对营养成分的利用，并可能导致东方白鹳患消化道疾病。因此，对东方白鹳肠道菌群的研究有助于了解不同细菌在宿主肠道内消化吸收的具体功能，并可能加强对濒危物种人工繁殖种群和野生种群中的保护。

结论

本研究通过16S rRNA基因测序分析，对不同繁殖条件下东方白鹳肠道菌群进行了描述。Z组与W组菌群组成相似，但细菌的丰度不同。遗传因素是一样的，由此推测，这些差异主要与环境和食性有关。在不同繁殖条件下，大多数肠道微生物是分组聚集的，并且肠道菌群与宿主代谢途径相关。该研究揭示了两种繁殖条件下东方白鹳肠道菌群的组成及差异。这些结果将有助于研究人员进一步理解东方白鹳肠道菌群多样性与栖息环境和食性结构之间的关系，并且有助于这一濒危物种的综合保护。

来源：健康界