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        合作文章COOPERATION ARTICLE

        美格基因助力中山大學顏慶云教授團隊揭示斑馬魚發育過程腸道微生物生態演替調控機制!

        來源:admin    發布時間:2021-02-20   閱讀數:341

        近日,中山大學環境科學與工程學院顏慶云教授及其研究團隊的研究成果發表在微生物學領域國際著名期刊npj Biofilms and Microbiomes上。該研究通過對斑馬魚孵化和飼養環境的控制對腸道微生物群落構建和演替進行了系統研究。熱烈祝賀顏慶云教授及其研究團隊。文章通訊作者為顏慶云教授,第一作者為肖凡書博士,美格基因有幸負責該研究的基因測序工作,以下是該研究結果的詳細解讀。


        Host development overwhelms environmental dispersal in governing the ecological succession of zebrafish gut microbiota

        斑馬魚發育過程腸道微生物生態演替調控機制

        項目文章|美格基因助力中山大學顏慶云教授團隊揭示斑馬魚發育過程腸道微生物生態演替調控機制!

        作者:Fanshu Xiao 等

        期刊:npj Biofilms and Microbiomes

        時間:2021.01.19

        影響因子:7.067

        DOI:10.1038/s41522-020-00176-2


        一、文章摘要

        闡明腸道微生物群落生態演替機制是腸道生態學的研究熱點之一,當前關于水生動物腸道菌群隨宿主發育的生態演替機制不明確,主要是由于其發育過程腸道菌群、宿主和環境等均復雜多變。為系統揭示環境改變和宿主發育對腸道菌群生態演替的影響,該文構建了三種不同環境孵化斑馬魚、孵化后再次進行養殖環境轉換以揭示宿主整個發育過程(從孵化到性成熟)主導腸道菌群生態演替的主導原因。研究發現斑馬魚發育過程對其腸道菌群影響顯著,而環境的變化對其影響不明顯,并且分析結果表明均質選擇這一生態過程對斑馬魚腸道菌群調控的貢獻隨發育而增強。該研究不僅增強了對斑馬魚微生物生態演替調控機制的認識,而且也為其他水生動物腸道生態學研究提供了新思路。


        二、主要內容

        1.構建用于斑馬魚孵化和養殖的不同水環境

        為研究孵化環境和養殖環境對斑馬魚腸道菌群的生態演替的影響,作者首先構建了三種不同的水環境(圖1)。孵化實驗起始前,這三種環境的理化指標差異顯著,如環境A的Chl-a和TOC濃度最高,環境B的SOP、NH4-N和NO2-N濃度最高,而環境C有著最高的NO3-N。針對三種環境的水樣進行微生物多樣性測序,發現其微生物組成也存在顯著差異,有高達63.7%的OTU是不同環境所特有的。隨后用三種不同環境的水孵化斑馬魚,12 dph后斑馬魚被分配到三種不同環境中養殖至成魚(圖1)。


        宿主和環境對斑馬魚腸道菌群生態演替影響實驗設計
        圖1. 宿主和環境對斑馬魚腸道菌群生態演替影響實驗設計


        2.環境對斑馬魚腸道菌群的影響

        對來自不同孵化環境、不同養殖環境的各發育階段的斑馬魚腸道微生物進行多樣性測序,發現在12dph時各環境的斑馬魚腸道菌群組成高度相似。同時分析斑馬魚腸道和各對應水環境的微生物組成差異顯著,其中在腸道樣本中大部分高豐度的OTU在對應的水環境中豐度較低。而Bray-Curtis分析表明在不同環境中斑馬魚的微生物組成根據宿主發育階段分成明顯的三組,其中豐度前20的OTU可解釋各樣本的39.7%~43.1%的差異,也表明斑馬魚發育階段間的微生物組成差異顯著。12dph后將斑馬魚進行養殖環境轉換進一步測試環境變化對腸道菌群組成的影響,結果表明不論環境是否改變,腸道群落的生態演替主要與斑馬魚發育階段相關(圖2),各發育階段斑馬魚腸道微生物組成和對應的水環境的差異較大。


        宿主發育和環境對斑馬魚腸道微生物組成的影響
        圖2. 宿主發育和環境對斑馬魚腸道微生物組成的影響


        3.宿主發育主導斑馬魚腸道菌群生態演替

        孵化環境和生長環境轉換對斑馬魚腸道菌群組成的影響都不顯著,通過對發育階段、食物和環境等因素對腸道菌群生態演替貢獻度的MRT解析發現,在所解釋的68.3%的微生物多樣性差異中,最重要的是發育階段因素,可解釋46.2%的差異(圖3a)。同時,Shannon、PD和豐富度指數也顯示出不同發育階段之間的微生物菌群差異顯著(圖3b),而環境和食物因素和腸道菌群組成相關性弱。因此,斑馬魚的發育階段是其腸道菌群演替的主要影響因素,遠遠超出環境和食物等因素的影響。


        斑馬魚腸道微生物多樣性主要與宿主發育相關
        圖3. 斑馬魚腸道微生物多樣性主要與宿主發育相關


        三、總  結

        該文著重研究了宿主發育、孵化環境和養殖環境轉換對斑馬魚從孵化到性成熟整個發育過程腸道微生物演替的影響,結果表明斑馬魚的發育過程是決定和解釋腸道菌群的生態演替主要因素。該研究不僅增強了對魚類腸道微生物生態演替調控機制的認識,而且也為其他水生動物腸道生態學研究提供了新思路。

        原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41522-020-00176-2





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