阿尔及利亚边缘璃眼蜱微生物组季节性动态及其与病原体互作研究

本研究针对阿尔及利亚地区重要媒介边缘璃眼蜱（Hyalomma excavatum），首次系统解析其微生物组季节性变异规律。通过16S rRNA高通量测序技术，研究人员发现尽管微生物α多样性无显著季节差异，但β多样性分析揭示群落结构存在显著季节性更替（PERMANOVA: R2=0.23, p=0.001）。共现网络分析表明弗朗西斯菌（Francisella）和立克次体（Rickettsia）等关键类群呈现动态互作模式，其网络稳定性受季节因素调控。该研究为理解节肢动物媒介-微生物-病原体生态互作提供了新视角，对制定季节性蜱媒疾病防控策略具有重要指导意义。

　　

在人畜共患病传播领域，蜱类作为重要的病媒生物一直备受关注。它们不仅通过吸血活动传播多种病原体，其体内复杂的微生物群落更被证明在蜱虫生理功能、环境适应性和病原体传播能力中扮演关键角色。特别是在北非阿尔及利亚等地区，边缘璃眼蜱（Hyalomma excavatum）作为优势蜱种，广泛分布于干旱和半干旱区域，是泰勒虫（Theileria annulata）、巴贝斯虫（Babesia bovis, B. bigemina, B. divergens）、无形体（Anaplasma marginale, A. phagocytophilum等）以及多种立克次体（Rickettsia aeschlimannii, R. massiliae等）的重要传播媒介，给当地畜牧业和公共卫生带来严重威胁。

尽管蜱虫微生物组研究近年来取得显著进展，但关于边缘璃眼蜱微生物群落季节性动态变化的研究仍属空白。特别是在北非特有的生态环境下，季节更替带来的温度、湿度等环境因子变化如何影响蜱虫体内微生物群落结构？关键共生菌如弗朗西斯菌样内共生体（Francisella-like endosymbionts, FLEs）与病原体如立克次体之间存在怎样的互作关系？这些生态学问题对于深入理解蜱媒疾病传播机制和制定针对性防控策略具有重要意义。

为此，由阿尔及利亚塞提夫费尔哈特阿巴斯大学Salma Kaoutar Abdelali领衔的研究团队在《Microbial Ecology》发表了创新性研究成果。研究人员在2021-2022年间从阿尔及利亚杰勒法地区（34°40'00"N, 3°15'00"E）的未经处理的牛体表采集了21只饱血雌性边缘璃眼蜱，按春、夏、秋三季分组（秋季8只，春季7只，夏季6只），通过16S rRNA基因V3-V4区Illumina MiSeq高通量测序技术结合生物信息学分析，系统揭示了该蜱种微生物组的季节性变异规律及其生态学意义。

研究采用的主要技术方法包括：蜱样本DNA提取采用NucleoSpin Tissue Kit试剂盒；16S rRNA基因V3-V4区扩增使用341F/805R引物；测序在Illumina MiSeq平台进行（2×250 bp）；生物信息学分析采用QIIME2流程，包括质量过滤、嵌合体去除和Amplicon Sequence Variants（ASVs）聚类； taxonomic assignment使用SILVA数据库（v138）；污染物过滤使用Decontam工具；统计学分析包括α多样性（Observed features, Faith's phylogenetic diversity, Pielou's evenness, Shannon's index）和β多样性（Bray-Curtis dissimilarity）分析；微生物互作网络采用Sparse Correlations for Compositional Data（SparCC）算法构建；网络拓扑特征通过Gephi软件可视化。

季节性变化在H. excavatum微生物组多样性和分类组成中的研究

通过α多样性分析发现，蜱虫微生物群落的丰富度和均匀度在不同季节间无显著差异（Kruskal-Wallis检验，p>0.05）。然而β多样性分析却揭示了截然不同的规律：Bray-Curtis相异度显示微生物群落结构存在显著季节性聚类（PERMANOVA: R2=0.23, p=0.001）。两两比较表明春季微生物组成与夏季（p_adj=0.0285）和秋季（p_adj=0.0030）均存在显著差异，而夏秋季群落相对相似（p_adj=0.102）。这一发现表明虽然微生物整体丰富度保持稳定，但群落组成确实受到季节变化的显著影响。

分类组成分析显示存在一个跨季节共享的核心微生物类群（补充表S1），构成了微生物群落的主体部分。然而秋季独有类群数量最多，反映了该时期特殊的环境影响因素。Jaccard聚类分析进一步支持了季节性分化模式，样本在其对应季节内紧密聚类，强调了每个采样时期特有的微生物特征谱。差异丰度分析检测到8个具有显著季节差异的细菌类群（图1e；补充表S2）。例如弗朗西斯菌（Francisella）和候选Midichloria（Candidatus Midichloria）在秋季的相对丰度高于春夏两季；耶尔森菌科（Yersiniaceae）和肠杆菌科（Enterobacteriaceae）主要在春季出现；葡萄球菌（Staphylococcus）在春秋季占优势而夏季较少；相反，不动杆菌（Acinetobacter）、假单胞菌（Pseudomonas）和韦荣球菌（Veillonella）在春季丰度较低。

H. excavatum微生物群落网络的季节性变异

通过分别构建春秋夏三季的共现网络，研究人员揭示了微生物群落组装的季节性变化规律。秋季网络呈现中等复杂度（144个节点，538条边）；春季网络最为简单（35个节点，51条边）；夏季网络复杂度最高（169个节点，404条边），反映了该季节微生物多样性和互作的高度活跃性。模块化程度随季节变化，夏季最高（0.77），秋季最低（0.45），表明温暖条件下群落结构更加有序。聚类系数和平均度等拓扑指标同样显示出明显的季节性动态特征。

弗朗西斯菌和立克次体的局部连接性

对弗朗西斯菌（Francisella）和立克次体（Rickettsia）局部连接性的季节性分析揭示了它们在微生物网络中的关联模式和潜在功能差异。秋季弗朗西斯菌与异常球菌（Deinococcus）存在特异性关联，而立克次体与9个类群存在多重关联；春季弗朗西斯菌保持与异常球菌的连接，而立克次体在所有样本中均未被检测到（经16S rRNA测序数据证实）；夏季弗朗西斯菌展现广泛连接性（与14个类群互作），远高于立克次体（仅与2个类群相关）。这表明弗朗西斯菌在夏季微生物互作中占据更主导地位，反映了其在不同季节条件下的生态重要性和适应性。

弗朗西斯菌和立克次体对微生物群落组装的影响

通过构建去除弗朗西斯菌或立克次体的季节性亚网络，研究人员评估了这两个关键类群对微生物群落结构的影响。去除弗朗西斯菌后，节点数在所有季节均有轻微增加（秋季151，春季31，夏季173），表明其 dominance 可能影响其他微生物类群的存在。边数略有减少（秋季533，春季49，夏季379），阳性互作仍是唯一相关性类型，模块化值与完整网络基本一致。拓扑指标如网络直径和聚类系数呈现细微变化：夏季聚类系数降低而春季升高，表明局部互作密度发生变化；秋冬季节网络直径扩大，反映出去除弗朗西斯菌后类群间路径延长。这些结果表明弗朗西斯菌在塑造微生物网络结构中发挥核心作用，特别是在维持夏季连接性和局部聚类方面。

去除立克次体对秋冬网络产生显著影响（春季所有样本均无立克次体）。节点数轻微增加（秋季156，夏季171），边数减少（秋季508，夏季396），模块化值与去除弗朗西斯菌网络相似。秋季聚类系数最高，表明剩余类群间存在紧密互作；连接性值较含立克次体网络略有下降。对比研究突显了这两个类群在边缘璃眼蜱微生物生态中的差异化作用：虽然都对网络结构和互作有重要贡献，但弗朗西斯菌对网络密度和聚类的影响更强（特别在夏季），而立克次体更多影响连接性和整体互作动态。

跨季节有/无弗朗西斯菌和立克次体的群落组成比较

通过维恩图分析三组网络（含弗朗西斯菌和立克次体的完整网络N、无弗朗西斯菌网络WoF、无立克次体网络WoR）的微生物类群，发现126个类群在秋季形成稳定共享群落；去除弗朗西斯菌暴露16个独有类群，去除立克次体发现9个独有类群。春季弗朗西斯菌的dominance对群落影响深远：去除后WoF中出现21个先前被掩盖的独有类群，而N和WoF间仅共享10个类群。夏季142个类群在所有网络中稳定共享，显示核心群落的韧性；但去除弗朗西斯菌或立克次体分别发现7个和13个独有类群，强调了它们对微生物结构的贡献。这些发现揭示了核心类群与独有类群间的动态 interplay，突显了弗朗西斯菌和立克次体在塑造蜱虫微生物组跨季节变化中的重要作用。

不同季节不同节点添加和移除情境下微生物网络鲁棒性比较

网络鲁棒性存在季节性差异并受弗朗西斯菌和立克次体影响。级联失效（绿色）和基于betweenness的攻击（红色）最具破坏性，导致连接性快速丧失。在同时包含两种菌的秋季网络中，移除20%节点即可导致近80%连接性丧失，而随机攻击（蓝色）在相同移除比例下仅引起不足40%的连接性损失。夏季网络表现出更强稳定性，在所有攻击策略下保持较高连接性。弗朗西斯菌的缺失增加网络脆弱性（特别在级联和基于度的攻击下），立克次体的移除同样降低结构稳定性。例如在无立克次体的秋季网络中，移除30%节点即可导致90%以上连接性损失。

平均路径长度（APL）分析显示明显的季节性响应模式：三季APL均随节点添加逐渐增加，但夏季网络始终维持最低APL值范围（4.17-4.29），表明其固有连接性和鲁棒性更强。弗朗西斯菌移除在春季引起APL显著增加，秋季影响中等，夏季影响最小；立克次体移除在秋季引起比弗朗西斯菌更大的APL增加，春季变化微弱，夏季仅轻微增加APL。最大连通分量（LCC）分析进一步揭示了菌群的季节特异性作用：秋季两种菌维持LCC在138.42-157.27间；移除弗朗西斯菌使LCC值升高（141.61-165.84），移除立克次体导致更高LCC值（144.30-171.62），表明两者均削弱网络鲁棒性。春季弗朗西斯菌移除引起LCC显著下降（26.22-91.90），证明其在维持网络连接性中的关键作用；夏季弗朗西斯菌移除轻微增加LCC（162.61-187.45），立克次体移除进一步升高LCC（164.03-183.52），表明其在该季节稳定作用有限。

本研究首次系统揭示了阿尔及利亚地区边缘璃眼蜱微生物组的季节性变异规律及其生态学意义。研究发现尽管微生物α多样性无显著季节差异，但β多样性分析表明群落结构存在显著季节性更替，特别是春季群落与夏秋季存在明显分化。这一发现与蜱虫生态生理学特征相符：春季作为蜱虫活跃期开始，环境条件和宿主状态变化可能驱动微生物群落重组；而夏秋季相对稳定的气候条件则有利于维持相似的微生物组成。

研究最显著的发现在于揭示了弗朗西斯菌和立克次体在蜱虫微生物网络中的核心作用及其季节性动态。弗朗西斯菌作为营养共生体，通过提供B族维生素（生物素、核黄素、叶酸）和氨基酸（半胱氨酸、苏氨酸、酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸）等血液餐中缺乏的关键营养素，在蜱虫生存和生理调节中发挥重要作用。本研究显示其夏季连接性显著增强（与14个类群互作），表明温暖条件可能促进其生态功能表达。这一发现与近期研究认为气候变化可塑造蜱虫微生物组中FLEs生态动态的观点相呼应。

立克次体作为重要病原体，其季节性缺失（春季）和有限连接性（夏季）提示其与共生菌群可能存在生态位竞争关系。研究人员观察到立克次体在秋季与9个类群存在多重关联，而在夏季仅与2个类群相关，表明其生态角色受季节因素调控。这一发现与在其他蜱种（如Hyalomma marginatum、Rhipicephalus bursa等）中观察到的立克次体塑造微生物群落组装的现象相一致。

网络鲁棒性分析结果具有重要生态学意义：夏季网络表现出更强稳定性，表明温暖条件下微生物群落更具韧性；而关键类群（特别是弗朗西斯菌）的移除导致网络脆弱性增加，证明其在维持微生物群落稳定性中的核心作用。这一发现为理解气候变暖对蜱虫微生物组的影响提供了新视角，提示未来气候变化可能通过改变微生物网络稳定性间接影响病原体传播动态。

研究的局限性包括样本量有限（21只饱血雌蜱）和未包含雄蜱或未吸血蜱样本，这可能影响结果的普遍性。此外，研究基于16S rRNA测序技术，虽然能有效揭示微生物组成和互作关系，但在功能预测方面存在不足。未来研究可通过宏基因组学、宏转录组学等多组学方法结合体外实验验证，深入解析微生物组功能及其对病原体传播的影响。

总体而言，这项研究为理解节肢动物媒介-微生物-病原体生态互作提供了重要见解。发现的季节性微生物组动态变化规律为制定针对性蜱媒疾病防控策略提供了科学依据：如根据弗朗西斯菌丰度较高的季节实施针对性干预措施，或利用其与病原体的竞争关系开发新型生物防控策略。研究强调在气候变化背景下持续监测蜱虫微生物组季节性动态的重要性，为预测和应对蜱媒疾病传播风险提供了新思路。