东北虎(Panthera tigris altaica)是世界上最濒危的物种之一,其肠道内存在的微生物群落是长期协同进化的结果,对东北虎的健康和生存有重要影响。为了解圈养东北虎和野生东北虎肠道微生物群落的组成结构和潜在功能,阐明在圈养和野生条件下东北虎肠道微生物群落组成和功能的差异,探究食物、药物等因素对圈养东北虎肠道微生物群落组成和功能的影响,本文结合宏基因组测序、16S rDNA测序和代谢组分析,全面地研究圈养东北虎和野生东北虎肠道微生物群落的组成和功能,深入分析圈养东北虎与野生东北虎、东北虎与其他动物肠道微生物群落组成和功能的差异,并探究母乳喂养和山羊奶喂养对东北虎幼虎肠道微生物群落组成和功能的影响,以及芬苯达唑和伊维菌素片对圈养东北虎肠道菌群多样性和代谢功能的影响,为进一步研究东北虎肠道微生物奠定基础,为促进东北虎的保护与管理提供理论依据。研究结果总结如下:1.基于宏基因组学的圈养和野生东北虎肠道微生物群落组成和功能的研究基于新一代高通量测序技术,对3个圈养东北虎粪便样本进行宏基因组测序分析,以研究圈养东北虎肠道微生物群落的组成和功能。结果表明,圈养东北虎肠道微生物组主要由变形菌门、厚壁菌门、放线菌门和梭杆菌门为主。此外,在属水平上,埃希氏菌属、柯林斯氏菌属和梭杆菌属在圈养东北虎肠道微生物组中相对丰度最高,大肠杆菌、溃疡梭杆菌和变形梭杆菌是圈养东北虎肠道微生物组中的优势菌。圈养东北虎肠道微生物宏基因组的主要功能类别为碳水化合物代谢、氨基酸代谢和膜转运。对3个野生东北虎的粪便样本进行宏基因组测序分析,以研究野生东北虎肠道微生物群落的组成和功能,结果表明,野生东北虎肠道微生物组以变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和梭杆菌门为主。在属水平上,埃希氏杆菌属、梭菌属和链球菌属在野生东北虎肠道微生物组中相对丰度最高,大肠杆菌、产气荚膜梭菌和艾伯氏大肠杆菌是野生东北虎肠道微生物组中的优势菌。野生东北虎肠道微生物宏基因组的主要功能类别为碳水化合物代谢、氨基酸代谢和能量代谢。2.圈养东北虎与野生东北虎、东北虎与其他动物肠道微生物比较宏基因组学研究通过对圈养东北虎与野生东北虎、东北虎与其他动物肠道微生物的比较宏基因组研究,深入分析圈养东北虎与野生东北虎、东北虎与其他动物肠道微生物群落组成和功能的差异。结果表明,圈养东北虎与野生东北虎的肠道微生物组共10个门、177个属、458个种存在显著性差异,变形菌门、产金菌门和迷踪菌门在圈养东北虎肠道微生物组中的相对丰度高于野生东北虎,而微孢子门和眼虫门的相对丰度低于野生东北虎肠道微生物组。在属水平上,圈养东北虎肠道微生物组中埃希菌属的相对丰度高于野生东北虎,在种水平上,大肠杆菌和巴氏梭菌在圈养东北虎肠道微生物组中的相对丰度高于野生东北虎。在功能方面,共有1114个KO、4477个NOG、36个CAZy在圈养东北虎和野生东北虎肠道微生物宏基因组间具有显著性差异。在东北虎与其他动物的肠道微生物宏基因组比较分析中发现,放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门在所有动物肠道微生物组中都具有较高的相对丰度,其中梭杆菌门在野生东北虎和圈养东北虎肠道微生物组中的相对丰度高于其他动物,野生东北虎与圈养东北虎肠道微生物组相聚合并且与其他动物分离,猫、熊猫和狼的肠道微生物组相聚合,猪、鸡和老鼠的肠道微生物组相聚合;功能分析表明,所有动物的肠道微生物组都以碳水化合物代谢为主,东北虎、猫、熊猫、狼和人的的肠道微生物组相聚合,而与猪相分离。3.母乳喂养和山羊奶喂养对东北虎幼虎肠道微生物群落组成和功能的影响采用宏基因组鸟枪法测序技术,研究母乳喂养和山羊奶喂养两种不同的喂养方式对东北虎幼虎肠道微生物群落组成和功能的影响。结果发现,山羊奶喂养的幼虎肠道微生物组与母乳喂养的幼虎肠道微生物组相比,益生菌减少、致病菌增多,微生物多样性高,共15个属具有显著性差异,中生根瘤菌属、螺状菌属和堆囊菌属相对丰度降低,环丝菌属、互营球菌属和醋微菌属相对丰度增高,在种水平上,阿氟曼链霉菌、阿维链霉菌和达窝链霉菌丰度降低,Niabella soli、中间气单胞菌和热死环丝菌丰度增高。在功能水平上,山羊奶喂养的幼虎肠道微生物宏基因组与母乳喂养的幼虎相比,碳水化合物代谢、翻译、复制和修复等丰度降低,氨基酸代谢、膜转运、辅助因子和维生素代谢等丰度增高。研究结果首次表明,不同喂养方式影响东北虎幼虎肠道微生物群落的组成和功能,并且母乳喂养的幼虎和山羊奶喂养的幼虎具有独特的肠道微生物群落组成和功能。4.芬苯达唑和伊维菌素片对圈养东北虎肠道菌群和代谢表型的影响采用16S rDNA测序与代谢组联合分析方法,研究芬苯达唑和伊维菌素片对圈养东北虎肠道菌群多样性和代谢表型的影响。结果发现,投喂芬苯达唑和伊维菌素片后的圈养东北虎肠道菌群与喂药前的相比,柯林斯氏菌属、梭菌属和巨单胞菌属的相对丰度降低,而埃希氏杆菌属和狭义梭菌属的相对丰度增加;同时喂药后的圈养东北虎共15种代谢物具有显著性差异,5、6-二水脲嘧啶、腺嘌呤盐酸盐半水合物和半乳糖醇等代谢物的丰度水平降低,丙烯酸、乙酰乙酸盐和邻苯二酚等代谢物的丰度增高。此外,差异显著的微生物与代谢产物的丰度变化相关,尤其是厚壁菌门和放线菌门,影响5,6-二氢尿嘧啶、6-磷酸-D-葡糖酸盐和1-甲基烟酰胺的代谢。研究结果首次表明,芬苯达唑和伊维菌素片不仅在丰度水平上干扰圈养东北虎的肠道菌群,而且还改变了圈养东北虎的代谢稳态。