宿主的食物偏好决定了圈养鸟类肠道微生物群的多样性和组成

《Ecology and Evolution》：Host Diet Preference Drives Diversity and Composition of Gut Microbiota in Captive Birds

肠道菌群多样性、食性偏好、系统发育与趋同进化

　　本研究探讨了鸟类肠道微生物群（Gut Microbiota, GM）的组成及其在不同物种间的差异性，旨在更全面地理解饮食和系统发育（即鸟类的进化关系）在影响GM组成和多样性方面的作用。由于鸟类在生态、环境和经济上的重要性，近年来越来越多的研究开始关注它们的肠道微生物。然而，这些研究大多集中在体型较小的鸟类，如鸣禽，这可能限制了我们对整个鸟类多样性的理解。此外，环境因素在鸟类肠道微生物的形成中起着重要作用，使得对野生鸟类微生物组的分析变得更加复杂。因此，本研究选择在五个动物园中饲养的鸟类，这些鸟类具有不同的饮食偏好和系统发育背景，以减少环境因素对结果的干扰，从而更清晰地揭示饮食和系统发育对肠道微生物的影响。

通过使用16S rRNA扩增子测序技术，研究人员分析了来自14个目、共36个物种的鸟类肠道微生物群。结果显示，宿主的系统发育对肠道微生物的多样性及组成影响有限，而饮食偏好则成为显著的预测因子。具体而言，食草性鸟类的肠道微生物α多样性显著高于食肉性鸟类。此外，研究还发现，不同系统发育背景下的食肉性鸟类在肠道微生物组成上呈现出一定的趋同模式，这种趋同主要由某些微生物类群的丰度增加所驱动，而这些类群在宿主生理功能中的作用尚不明确。相比之下，某些专性厌氧菌（如属于拟杆菌门的微生物）和共生菌在偏好高碳水化合物饮食的宿主中表现出更高的丰度，表明饮食在塑造肠道微生物组成方面具有重要作用。

本研究的数据表明，饮食偏好在鸟类肠道微生物的组成和多样性上起着关键作用。通过统计模型分析，研究人员发现饮食偏好能够解释约31%的肠道微生物丰度变化，其次是系统发育（19%）和宿主物种身份（18%）。这些结果表明，尽管系统发育在一定程度上影响了微生物群的组成，但其作用相对较小，而饮食则对肠道微生物的组成具有更显著的影响。这一结论与之前的研究相呼应，但进一步支持了饮食作为鸟类肠道微生物变化的主要驱动因素的观点。

研究还发现，食肉性鸟类的肠道微生物组成呈现出趋同现象，这可能与它们在自然环境中接触到相似的微生物群有关。例如，一些食肉性鸟类（如秃鹫和地鸦）的肠道微生物组成相似，这可能与它们的食性有关。而一些食草性鸟类，如鸵鸟和黑颈乌鸦，其肠道微生物则表现出较高的多样性，这可能与它们的消化系统结构和功能有关。此外，研究还发现，某些微生物类群（如Paeniclostridium和Turicibacter）的丰度与宿主的饮食偏好高度相关，其中Paeniclostridium在食肉性鸟类中更为常见，而Turicibacter则在食草性鸟类中占主导地位。这些结果表明，饮食偏好不仅影响微生物的多样性，还影响特定微生物类群的丰度。

在研究过程中，研究人员还考虑了环境因素对肠道微生物组成的影响。尽管环境因素在鸟类肠道微生物的变化中可能起到一定作用，但在本研究中，由于所有样本均来自同一动物园，环境条件相对统一，因此环境因素的影响被显著削弱。此外，研究还发现，采样地点对α多样性（即ASV丰富度）有较大影响，但对β多样性（即个体ASV的分布）影响较小。这一结果可能与采样地点的微生物多样性较低有关，从而使得环境因素对微生物组成的解释力有限。

研究还采用了多种统计方法来分析肠道微生物的变化。例如，通过主成分分析（PCoA）和统一曼哈顿近似与投影（UMAP）方法，研究人员能够更直观地展示肠道微生物的分布模式。这些方法揭示了肠道微生物在不同宿主间的聚集性，特别是在食肉性鸟类中，微生物组成呈现出一定的趋同趋势。而食草性鸟类则表现出较高的多样性，这可能与它们的消化系统适应于处理高纤维食物有关。

在讨论部分，研究者指出，尽管系统发育对肠道微生物的影响有限，但饮食仍然是影响肠道微生物组成和多样性的主要因素。这一结论与之前的研究结果相一致，但也提出了一些新的观点。例如，某些食肉性鸟类的肠道微生物组成与食草性鸟类的微生物组成存在显著差异，这可能与它们的生理适应有关。此外，研究还发现，某些微生物类群（如拟杆菌门和变形菌门）在不同宿主中表现出不同的丰度变化，这可能反映了它们在不同宿主中的适应性差异。

本研究的结果对理解鸟类肠道微生物的组成和多样性具有重要意义。它表明，饮食偏好是影响肠道微生物组成和多样性的主要因素，而系统发育的作用相对较小。这一发现不仅有助于揭示鸟类肠道微生物的生态和进化机制，还为未来的研究提供了新的方向。例如，可以通过进一步的实验研究来验证饮食和系统发育对肠道微生物的影响，特别是在自然环境中进行相关研究，以排除环境因素的干扰。此外，研究还指出，某些微生物类群可能具有特定的宿主适应性，这些微生物在不同宿主中的丰度变化可能反映了它们在宿主生理功能中的作用。

总体而言，本研究通过系统分析不同饮食偏好和系统发育背景的鸟类肠道微生物组成，揭示了饮食在塑造肠道微生物群中的重要作用。这一发现不仅丰富了我们对鸟类肠道微生物多样性的理解，还为相关领域的研究提供了新的视角和方法。未来的研究可以进一步探索不同饮食和系统发育对肠道微生物的影响机制，以及这些微生物在宿主生理功能中的具体作用。