野生欧亚水獭肠道菌群的季节性动态变化：饮食转换与冷适应机制的揭示

本研究针对欧亚水獭(Lutra lutra)种群濒危与生存机制不明的现状，通过16S rRNA高通量测序技术分析其雪季与无雪季粪便微生物组。研究发现水獭肠道菌群结构与多样性存在显著季节性差异：无雪季以厚壁菌门(Firmicutes)和罗姆布茨菌属(Romboutsia)为主导，反映鱼类主食特征；雪季则转变为变形菌门(Proteobacteria)和假单胞菌属(Pseudomonas)为主，提示高脂饮食适应。该成果为评估人类干扰对水獭健康影响提供了微生物学基准，并为水生食肉动物保护提供了新视角。

　　

在淡水生态系统的顶级捕食者中，欧亚水獭（Lutra lutra）扮演着至关重要的角色，不仅是维持生态平衡的关键物种，更是评估水域健康程度的指示生物。然而，随着人类活动范围的不断扩大，水獭的生存空间正遭受严重挤压——栖息地破碎化、水体污染以及渔业资源枯竭等问题日益严峻，导致其种群数量在全球范围内急剧下降。在中国，欧亚水獭已被列为国家二级保护动物，其分布范围缩小至不足50个地点，且多数种群处于濒危边缘。面对这一紧迫形势，传统的宏观生态学研究已不足以全面揭示其生存困境的深层机制，科学家们迫切需要从微观层面——尤其是与宿主健康密切相关的肠道微生物组——寻找新的突破口。

肠道菌群作为动物的“第二基因组”，不仅参与宿主的营养代谢、免疫调节和生理发育，还能敏锐反映环境压力、饮食变化及健康状态。对于水獭这类处于食物链顶端的捕食者，其肠道微生物的组成可能直接关联到猎物的可获得性、季节性的能量需求以及对外界干扰的适应能力。然而，由于野生水?活动范围广、样本获取困难，此前针对其肠道菌群的系统性研究几乎空白。在这一背景下，Dou等人选择在人类干扰极低的东北虎豹国家公园核心区展开工作，通过采集雪季（11月至次年4月）和无雪季（5月至10月）的粪便样本，采用16S rRNA基因V3-V4区高通量测序技术，首次揭示了野生欧亚水獭肠道菌群的季节性分异规律及其背后的生态驱动机制。

为了确保研究的科学性与可靠性，研究人员在2020年1月（雪季）和5月（无雪季）沿溪流系统采集了68份新鲜水獭粪便样本（雪季32份，无雪季36份），并通过形态学与活动痕迹鉴定样本来源。样本采集后立即保存于-80°C超低温环境直至DNA提取。使用QIAamp Stool Mini Kit进行基因组DNA抽提，并通过琼脂糖凝胶电泳和Nanodrop 2000进行质控。合格样本通过引物338F/806R扩增16S rRNA基因V3-V4区，使用Illumina MiSeq平台进行双端测序。原始数据经QIIME和Fastp质控过滤后，以97%相似度划分操作分类单元（OTU），并通过Mothur、QIIME等工具进行α多样性（Sobs、Ace、Chao指数）与β多样性（PCoA、NMDS、UniFrac距离）分析。差异物种鉴定采用MetagenomeSeq，功能预测则通过PICRUSt2完成。

微生物组成与相对丰度

研究共获得平均每条54,480条高质量序列，注释到24门、408属、1,023个OTU。无雪季样本中以厚壁菌门（Firmicutes，56.8%）、变形菌门（Proteobacteria，21.9%）和梭杆菌门（Fusobacteriota，7.8%）为主，属水平上罗姆布茨菌（Romboutsia，32.7%）和梭菌（Clostridium，8.6%）占优势。而在雪季，变形菌门（50.3%）取代厚壁菌门（39.6%）成为最优势菌门，假单胞菌属（Pseudomonas，29.4%）和芽孢八叠球菌属（Sporosarcina，13.0%）显著富集。这一变化与季节性饮食转换密切相关：无雪季水獭主要以鱼类为食，其菌群组成与鱼类肠道菌群高度相似；而雪季河流封冻迫使水獭转向捕食高脂肪的林蛙（Rana dybowskii），促进了脂肪降解菌（如假单胞菌）的增殖。

多样性及群落结构

α多样性分析显示，无雪季的Sobs、Ace和Chao指数均显著高于雪季（P<0.05），表明温暖季节微生物群落具有更高的丰富度。β多样性分析（PCoA与NMDS）进一步证实了两季节间群落结构的显著分离，雪季样本组内相似性更高，反映了寒冷环境下微生物组成的趋同性。差异物种分析表明，厚壁菌门与变形菌门是组间差异的主要贡献者，而罗姆布茨菌、假单胞菌、芽孢八叠球菌等属水平分类单元亦呈现显著季节性波动。

功能预测分析

通过PICRUSt2对7,554个KEGG Ortholog（KO）进行功能注释，发现雪季样本中脂质转运与代谢途径显著富集，而无雪季样本则以碳水化合物代谢和氨基酸代谢为主导。这一结果从功能层面印证了水獭在雪季依赖高脂饮食维持能量平衡的适应性策略。

本研究首次系统揭示了野生欧亚水獭肠道菌群的季节性更替规律，并将其驱动机制归结于饮食组成的变化：无雪季的鱼类主食塑造了以厚壁菌门为主导的菌群结构，而雪季的高脂猎物（林蛙）则促进了变形菌门和脂代谢相关菌属的增殖。这种微生物组的可塑性为水獭应对季节性食物短缺和低温环境提供了代谢灵活性。从保护生物学角度看，该研究建立了野生水獭肠道微生物组的基线数据库，未来可通过比较受人类干扰种群与原始种群的菌群差异，评估水体污染（如微塑料、化学污染物）及营养胁迫对水獭健康的影响。此外，研究结果提示，在气候变化背景下，食物资源波动可能通过微生物组介导影响食肉动物的生存适应性，这为大型食肉动物的保护策略提供了新的理论依据和实践方向。该论文发表于《BMC Microbiology》2025年第25卷，为濒危物种的微观生态学研究提供了范本。