不同海拔环境人、猕猴和犬肠道微生物多样性比较研究

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肠道微生物群落共存于动物的胃肠道,对宿主的免疫、生理、代谢和行为起着重要作用。大量研究表明,宿主饮食和系统发育是调节动物肠道菌群的两大主要因素,但是很难区分宿主饮食和系统发育的影响谁更大。同时有关高低海拔环境对哺乳动物肠道微生物多样性和组成影响的研究也很少。猕猴与人的系统发育关系相近,犬与人的饮食很相似。本研究采用分别生活在高海拔和低海拔环境中的人、犬和猕猴共134份样品为研究对象,采用高通量测序平台对细菌16S rRNA的V3-V4区进行扩增测序,对比研究了其肠道微生物组成的差异。获得了以下结果:1、通过比较人、犬和猕猴种间肠道微生物的α多样性和β多样性,α多样性结果表明人类和犬肠道微生物α多样性指数相近,猕猴的肠道微生物具有最高的α多样性。β多样性结果表明人和犬之间的肠道微生物群落结构比人和猕猴之间的群落结构更相似。2、通过比较高低海拔环境种内肠道微生物α多样性发现生活在高海拔的种群比生活在低海拔的种群具有更高的微生物物种丰富度,β多样性比较结果表明高低海拔间肠道微生物群落结构存在显著的差异。3、通过对操作分类单元(OTU)的分类注释,发现3种哺乳动物的肠道微生物在门,科和属水平之间均存在显著差异,同一物种在高海拔和低海拔的肠道微生物区系组成也存在显著差异。门水平上,人、犬和猕猴肠道微生物区系均以拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)为主,高海拔和低海拔样品间肠道微生物区系差异显著;科水平上,猕猴肠道微生物区系中有较高丰度的疣微菌科(Ruminococcaceae)、毛螺菌科(Lachnospiraceae),疣微菌科和毛螺菌科是猕猴的“核心微生物”,在宿主健康中发挥重要作用;属水平上大约有10%的序列未被注释,普氏菌属(Prevotella)是含量最高的属,在人、犬和猕猴中的相对丰度都是最高的。4、通过菌群共有性分析发现在高海拔组中,人、犬和猕猴有535个“共有OTUs”,是低海拔组(125个)“共有OTUs”的4倍多。更多的“共有OTUs”可能是由于高海拔环境的选择压力导致高海拔动物肠道微生物群的趋同进化。5、通过PICRUSt方法对相关微生物区系进行功能预测和分析,发现在第二级通路水平,猕猴,人和犬排名前五的代谢途径分别是碳水化合物代谢(Carbohydrate Metabolism)、氨基酸代谢(Amino Acid Metabolism)、能量代谢(Energy Metabolism)、辅因子和维生素代谢(Metabolism of Cofactors and Vitamins)、核苷酸代谢(Nucleotide Metabolism)。值得注意的是,人类肠道微生物中几乎所有基因拷贝数都高于犬和猕猴。这些结果表明,虽然人和猕猴系统发育关系更相近,但是人与犬的肠道微生物多样性更相似,而不是人与猕猴更相似,这表明宿主饮食比宿主系统发育对肠道微生物群落的影响更大,人和犬肠道微生物区系显著趋同进化。同一物种高低海拔肠道微生物的差异主要是由饮食差异引起的,这种变化有助于增加宿主适应不同海拔环境的能力。
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