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中山大学颜庆云组和中科院水生所黄洁组揭示宿主发育压制环境扩散对斑马鱼肠道微生物生态演替的影响

作者:luojiao 发布时间:2021/4/2 3:33:00
撰文 | 颜庆云

      阐明肠道微生物群落生态演替机制是肠道生态学的研究热点之一,当前关于水生动物肠道菌群随宿主发育的生态演替机制不明确。由于宿主发育过程肠道菌群、宿主和环境等复杂多变,为系统揭示环境改变和宿主发育对肠道菌群生态演替的影响,应从宿主整个发育过程(从孵化到性成熟)探讨主导肠道菌群生态演替的主导原因,这不仅能增强我们对微生物生态演替调控机制的认识,而且也为其他动物肠道生态学研究提供新思路。
 
      2021年1月,中山大学颜庆云组和中科院水生所黄洁组在npj Biofilms and Microbiomes发表题为“Host development overwhelms environmental dispersal in governing the ecological succession of zebrafish gut microbiota”的研究论文,该研究组以模式动物斑马鱼为研究对象,构建三种不同环境孵化斑马鱼、孵化后进行养殖环境转换,发现宿主发育压制了环境扩散对斑马鱼肠道微生物生态演替的影响。



      该研究组首先设计并构建了三种不同的水环境,孵化实验起始前,三种环境理化指标和微生物组成显著差异。随后用三种不同环境的水孵化斑马鱼,12 dph后斑马鱼被分配到三种不同环境中养殖至成鱼。对来自不同孵化环境、不同养殖环境的各发育阶段的斑马鱼肠道微生物进行多样性测序,发现在12dph时各环境的斑马鱼肠道菌群组成高度相似,肠道中大部分高丰度的OTU在对应的水环境中丰度较低。12dph后将斑马鱼进行养殖环境转换进一步测试环境变化对肠道菌群组成的影响,结果表明不论环境是否改变,肠道群落的生态演替主要与斑马鱼发育阶段相关,各发育阶段斑马鱼肠道微生物组成和对应的水环境的差异较大。孵化环境和生长环境转换对斑马鱼肠道菌群组成的影响都不显著,通过对发育阶段、食物和环境等因素对肠道菌群生态演替贡献度的MRT解析发现,发育阶段可解释46.2%的差异。因此,斑马鱼的发育阶段是其肠道菌群演替的主要影响因素,远远超出环境和食物等因素的影响。


图1 三种不同环境研究斑马鱼肠道菌群随宿主发育的生态演替机制

      总的来说,斑马鱼的发育阶段很大程度上解释了肠道微生物群落的演替,而环境效应对从幼鱼到成鱼的肠道微生物群演替没有显著影响。斑马鱼肠道微生物群对应鱼类发育阶段有明显的分离,随着宿主的发育,控制肠道微生物群演替的同质选择程度也增加。该研究通过整合寄主和环境的影响,加深了我们对肠道微生物群组装和演替的机制理解,也为其他水生动物的肠道生态学提供了新的见解。
 
      中山大学颜庆云教授和中科院水生所黄洁副研究员为该论文的通讯作者,中山大学肖凡书副研究员和中科院水生所的朱文根(现在北京市农林科学院工作)为该论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金和中科院创新促进会等项目的资助。
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