种群与空间特征影响片段化栖息地中哺乳动物肠道噬菌体组-细菌组结构及互作

本研究针对人类活动导致的栖息地片段化问题，以濒危物种普氏原羚为模型，通过病毒宏基因组和16S rRNA测序技术，揭示了种群规模与地理距离对肠道噬菌体组和细菌组结构的协同影响。研究发现种群规模与微生物α多样性呈正相关，地理距离增大导致β多样性分化，且噬菌体与宿主细菌对环境变化呈现同步响应模式。该研究为野生动物微生物组的环境适应性机制提供了新视角，对保护生物学具有重要启示意义。

　　

在人类活动日益频繁的当代，野生动物的栖息地正面临严重片段化威胁。这种空间隔离不仅影响物种的生存范围，更可能通过改变微生物群落结构间接制约种群健康发展。哺乳动物肠道中复杂的微生物生态系统，尤其是占主导地位的噬菌体与细菌的互作关系，已成为宿主适应环境变化的关键因素。然而，关于野生种群水平及空间尺度上肠道噬菌体组和细菌组变异规律的研究仍存在空白。

为解决这一问题，中国科学院动物研究所聂永刚团队以中国特有濒危物种普氏原羚（Procapra przewalskii）为研究对象，对其六个隔离种群（ Yuanzhe, Zhongyangchang, Shadao, Haergai-Ganzihe, Wayu, Tianjun）的44个个体粪便样本进行多组学分析。该研究整合病毒宏基因组学和16S rRNA测序技术，通过地理信息记录、种群历史数据收集以及生物信息学分析，系统探讨了种群特征与空间因素对肠道微生物组的影响机制。

主要技术方法

研究采用病毒颗粒富集和超速离心技术从粪便样本中提取病毒核酸，通过全基因组扩增和Illumina平台测序获得病毒宏基因组数据；细菌群落分析通过扩增16S rRNA基因V3-V4区并基于Silva数据库进行OTU聚类；利用CheckV和VirSorter2进行病毒序列鉴定，CHERRY软件预测噬菌体宿主；统计采用db-RDA、Mantel test等多元分析方法。

研究结果

微生物组成特征

普氏原羚肠道噬菌体主要以未分类有尾噬菌体纲（96.27%）为主，优势家族包括Inoviridae（22.46-24.02%）、Peduoviridae（21.63-23.09%）和Microviridae（17.95-18.16%）；细菌群落以Lachnospiraceae（6.57-10.69%）和Ruminococcaceae（4.98-6.19%）等厚壁菌门为主。

环境因子驱动分析

距离冗余分析表明植被类型、种群规模、海拔和地理位置对噬菌体组变异具有显著影响（FDR<0.05），而细菌组主要受海拔和地理位置影响。种群规模与噬菌体（R=0.33, p=0.025）和细菌（R=0.31, p=0.043）的α多样性均呈正相关，大型种群（如HEG和SD）呈现更高的微生物多样性。

空间分异规律

β多样性分析显示不同植被类型间微生物组成存在显著分化（噬菌体组ANOSIM R=0.51, p<0.001；细菌组R=0.41, p<0.001），其中高寒草甸与其他植被类型差异最为显著。Bray-Curtis相异度与种群间地理距离呈显著正相关（噬菌体组R=0.32, p<2.2e-16；细菌组R=0.45, p<2.2e-16）。

噬菌体-细菌互作

噬菌体与细菌的α多样性（R=0.37, p<0.01）和β多样性（Mantel test R=0.86, p<2.2e-16）均呈现显著正相关。通过宿主预测识别出37个细菌家族与噬菌体存在匹配关系，其中9个家族在高寒草甸环境中呈现同步富集模式，包括Streptococcaceae、Comamonadaceae等与营养代谢密切相关的类群。

结论与讨论

本研究首次系统揭示了种群规模与地理距离对野生动物肠道噬菌体组-细菌组结构的协同调控作用。大型种群通过增加社会交互频率促进微生物传播，从而提升α多样性；地理隔离则通过限制微生物扩散和增强环境选择压力导致β多样性分化。尤为重要的是，噬菌体与细菌宿主在应对环境变化时表现出高度协同性，这种共进化关系可能是微生物组适应特定栖息环境的重要机制。

研究成果发表于《Microbial Ecology》，为理解人类干扰下野生动物微生物组的空间格局形成机制提供了新范式，对濒危物种保护策略制定具有指导意义——维持种群规模和促进栖息地连通性可能通过微生物组调控增强物种环境适应能力。未来研究需进一步解析特定噬菌体-细菌互作对宿主生理功能的调控机制，为微生物组导向的保护生物学提供理论支撑。