濒危朱鹮生命早期肠道菌群的建立及其与生长的关系

Establishment of Gut Microbiome During Early Life and Its Relationship With Growth in Endangered Crested Ibis (Nipponia nippon)

Frontiers in Microbiology [IF: 5.64]

DOI：https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.723682

发表日期：2021-08-09

第一作者: Ying Zhu(朱英)¹

通讯作者: Ying Zhu(朱英)(so_zy2003@126.com)¹，Keyi Tang(唐刻意)(tangkeyi0214@163.com)⁵

合作作者: Yudong Li(李裕冬), Haiqiong Yang(杨海琼), Ke He(何珂)

主要单位：

¹西南民族大学(Institute of Qinghai-Tibetan Plateau, Southwest Minzu University, Chengdu, China)

⁵四川师范大学(College of Life Sciences, Sichuan Normal University, Chengdu, China)

2021年8月9日，Frontiers in Microbiology在线发表了西南民族大学青藏高原生态与环境保护创新团队朱英**副研究员、四川省自然资源科学研究院李裕冬**副研究员、四川省朱鹮繁育中心杨海琼博士、浙江农林大学何珂博士以及四川师范大学唐刻意博士题为“Establishment of Gut Microbiome During Early Life and Its Relationship With Growth in Endangered Crested Ibis (Nipponia nippon) ”的研究论文。该论文报道了四川省迁地保护的朱鹮雏鸟肠道微生物的动态变化过程及其与生长发育之关系，为提高朱鹮的食物转化率改善发育不良个体、疾病防控等方面提供了依据。

朱鹮是我国一级保护的野生动物，也是林业草原保护“十四五规划纲要”抢救性保护珍稀濒危野生动物的关键物种。人工迁地保护是我国拯救朱鹮濒危状态的重要手段之一。各地的人工迁地保护种群不仅是朱鹮野外重建工作的重要种源，同时也是科普教育的宣讲平台。朱鹮的健康生存和活力是野外重建和科普教育的基础，但是多地的朱鹮人工迁地保护种群都存在着幼雏发育不良、活力低下、维生素缺乏引起的神经性疾病等生理健康问题，制约了野外种群的重建工作。

肠道微生物在宿主的食物消化、营养吸收、能量代谢、维生素合成等生理生化过程中扮演着重要角色，影响着宿主的生长状况、发育水平和免疫能力。从肠道微生物的角度，了解朱鹮肠道微生物的组成结构，有助于认识朱鹮的消化机制、幼雏发育不良的潜在原因、朱鹮对饲料的利用效率低的原因、朱鹮异常的生理状态，从而为提高朱鹮的食物转化率、改善发育不良个体、疾病防控提供依据。

该研究利用16S rRNA扩增子测序，分析了14只雏鸟从孵化出壳到44日龄期间13个时间节点的肠道微生物组的组成和多样性的动态变化，探讨肠道微生物的建立过程与其生长速度的关系，并比较了不同育雏阶段饲喂不同日粮对朱鹮幼雏肠道微生物的影响。

图1 研究设计和样本收集概述

研究结果表明：

1. 肠道菌群在育雏阶段呈现非线性的变化，优势菌群的定殖主要涉及Proteobacteria和Firmicutes 两个门的菌。随着日龄的增加，幼雏的肠道菌群结构趋于相似。

2. 育雏后期伴随日粮的调整，幼雏肠道菌群结构发生转变；25日龄后饲喂新鲜泥鳅，幼雏肠道菌群主要以涉及脂质代谢的微生物为主，如Fusobacteria门菌。

3. 肠道菌群相对丰度、日龄、幼雏谱系号对幼雏生长率构建的混合效应线性模型分析发现，幼雏生长率与肠道菌群多样性呈负相关，与Halomonadaceae, Streptococci, Corynebacteriaceae和Dietziaceae科的相对丰度也呈负相关线性。

图2 肠道菌群在育雏阶段呈现非线性的变化

朱鹮肠道菌群的时间动态；

a 肠道菌群的alpha多样性随着时间的变化。线条周围的阴影显示 95% CI。 使用香农指数估计阿尔法多样性；

b 肠道菌群的β多样性随时间的变化。来自收集于同一时间点的样品的跨微生物群ASV水平上计算的Bray-Curtis距离。较高的值表示更多不同的肠道菌群。测序文库大小的样本差异被标准化为50,000个读长；

c　门/纲水平上细菌相对丰度的时间变化(前 10 名)；

d 科水平上细菌相对丰度的时间变化(前 10 名)；

e,f 使用厚壁菌门和变形菌门的桑基图跟踪所有样品的平均相对丰度大于 0.1% 的 ASV。使用厚壁菌门和变形菌门的桑基图跟踪所有样品的平均相对丰度大于 0.1% 的 ASV；

图3 年龄和食物构成是影响肠道微生物结构的重要因素

肠道菌群会随着时间的推移而变化。主坐标分析显示肠道菌群随年龄和阶段的变化；

(A) 年龄效应肠道菌群的 Bray-Curtis 距离 (B) 三个阶段肠道菌群的 Bray-Curtis 距离 (C) 年龄效应肠道菌群的加权 unifrac 距离 (D) 三个阶段肠道菌群的加权 unifrac 距离；

图4 朱鹮幼雏的生长速度与肠道菌群多样性、相对丰度呈负相关

朱鹮幼鸟的生长速度与肠道菌群相关；

A) 香农指数, B) Halomonadaceae， (C) Streptococcaceae， (D) Corynebacteriaceae和(E) Dietziaceae的标准化丰度。相对体重变化量为每天体重变化量(Wt+ 1-Wt)与时间t (Wt)时的体重变化量。年龄和t时的饮食类型被认为是协变量，个体 ID 作为随机因素被进行控制。线条表示线性回归线，而阴影区域表示 95% 的置信区间。

该研究为优化人工繁育朱鹮的饮食结构和育雏方案，探讨濒危鸟类早期肠道微生物的建立与生长发育之间的关系提供了重要理论依据，对该类群的保护具有重要指导意义。

西南民族大学的朱英副研究员为第一作者，朱英副研究员、唐刻意博士为该论文的共同通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金、中央高校基本业务费等资助。

Reference

Ying Zhu,Yudong Li, Haiqiong Yang, Ke He, Keyi Tang. Establishment of Gut Microbiome During Early Life and Its Relationship With Growth in Endangered Crested Ibis (Nipponia nippon).Frontiers in Microbiology.
12:723682. doi:https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.723682