不同食性鱼类消化道微生物比较研究

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动物消化道内定居着大量的微生物,它们是宿主的一个“额外器官”,这个器官庞杂、综合、动态且与宿主密不可分。在与宿主长期的共进化过程中,消化道微生物与宿主间形成了一种互惠互利的共生关系,并不断地进行信息交流。宿主的食性、生活环境、基因型、以及发育状况等都会对消化道微生物的结构及功能产生影响。同时,消化道微生物有助于宿主对营养物质的消化吸收、提高宿主免疫力以及诱导宿主肠道绒毛细胞的发育。上述研究绝大多数都是着眼于哺乳动物,而关于鱼类消化道微生物的研究仍然相对滞后。  作为地球上最古老的脊椎动物,鱼类几乎分布于地球上所有的水生环境中。鱼类不仅是水产养殖的主要对象,更是人类重要的蛋白来源,具有非常重要的经济地位和营养价值。对鱼类消化道微生物的研究不仅能够为研究动物消化道微生物与宿主关系提供更多的基础资料,还有利于改善鱼类健康、提高渔业产量、为人类提供更多的营养价值。本研究采用变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和高通量测序等分子生物学技术对不同食性鱼类消化道微生物群落结构进行了研究,并对宿主发育过程中消化道微生物群落结构的变化,宿主消化道微生物与宿主基因型、食性和血清生理指标的关系进行了分析,为研究消化道微生物功能提供了基础。主要研究结果如下:  1、肉食性鱼类南方大口鲇仔鱼的胃肠道外部形态和组织结构在13日龄时已经出现明显分化。在其仔稚鱼的发育过程中,第8、13、18、23、28、33日龄样品的胃肠内出现了微生物群落结构的更替,但是从18日龄开始之后的各时期样品鱼的肠内微生物菌群没有进一步分化,说明从18日龄起,肠内微生物群落结构已基本趋于相对稳定,但是,胃内细菌群落结构则在6次样品中一直处于更替过程。在6次样品中,南方大口鲇仔稚鱼胃肠道内的优势菌群也存在明显差异,在18日龄样品中,有一条样品鱼(Ⅲ-3)的胃已趋于23日龄的聚类结果与肠完全分开,原因可能在于该样品鱼在形态大小和发育状况上,均更接近于23日龄的样品鱼,这说明南方大口鲇在仔鱼阶段,其发育状况比生活环境对胃肠道菌群的分化影响更大。  2、分别对上涉湖、武湖和牛山湖三个湖泊的鲢鳙肠道菌群进行了adonis差异性检验:(i) Shangshe Lake,F=1.224,p=0.254;(ii) Wuhu Lake:F=0.615,p=0.677;(iii) Niushan Lake:F=2.162,p=0.096,结果显示同一环境中鲢鳙鱼肠道菌群差异性均不显著。在属水平,UPGMA和DCA分析结果都显示消化道微生物没有按照鲢鳙两种不同的鱼而分开,而同一肠道位置的菌群有聚在一起的趋势。水环境微生物与鲢鳙消化道微生物间的adonis差异性检验结果(F=2.729,p=0.015)显示,两者之间存在显著性差异。另外,鱼类肠道样品内的微生物alpha多样性及均匀度明显低于水环境样品(One-way ANOVA:F=22.75,P=1.252×10-5)。研究结果还显示虽然鲢鳙肠道内的优势菌门在群落中所占百分比不同,但种类基本一致,主要是拟杆菌门(Bacteroidetes)、蓝藻门(Cyanobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、梭菌门(Fusobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)。  3、通过CCA分析与Monte Carlo permutation test表明丙氨酸转氨酶(ALT),胆碱脂酶(CHE),血尿素氮(BUN)和高密度脂蛋白(HDL-C)与前肠微生物存在显著相关性(p<0.05),丙氨酸转氨酶(ALT)和碱性磷酸酶(AKP)与后肠微生物存在显著相关性(p<0.05),乳酸脱氢酶(LDH)与后肠微生物存在极显著相关性(p<0.01)。血清生理指标与鱼的基因型存在显著正相关(Monte Carlotest,r=0.367,p<0.001)。在属水平对不同食性鱼类消化道内优势菌群进行分析,结果显示,优势菌属随食性的改变而不同。草食性、杂食性和滤食性鱼类中,优势菌属相同,与肉食性鱼类之间的差异性是显著的。虽然拟杆菌和厚壁菌的比值在不同鱼类之间不存在显著相关性(One-way ANOVA,F=1.000,p=0.446),但这一比值在肉食性的鳜和黄颡鱼中明显高于其他食性的鱼类。通过partial Mantel test检验了前后肠微生物组成的相关性以及宿主基因型与前后肠微生物的相关性。结果显示前后肠微生物组成没有显著相关性(r=0.180,p=0.052)。而宿主基因型与前(partial Mantel test,r=0.582,p=0.001)、后肠微生物都存在极显著的正相关性(partial Mantel test,r=0.560,p=0.001)。
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