多组学揭示不同保护策略下金丝猴肠道微生物与代谢的显著差异及其对保护实践的启示

《npj Biofilms and Microbiomes》：Multi-omic profiling reveals distinct gut microbial and metabolic landscapes in golden snub-nosed monkeys under contrasting conservation strategies

本研究针对濒危灵长类动物金丝猴(Rhinopithecus roxellana)在不同保护策略(野生、食物补充、圈养)下肠道微生物组与代谢组的响应机制展开深入探索。研究人员通过整合宏基因组学与代谢组学分析，构建了金丝猴物种特异的肠道微生物基因目录，并发现圈养环境导致微生物群落结构、共现网络稳定性显著改变，抗生素抗性基因(ARGs)和毒力因子(VFs)富集，且微生物-代谢物协同变化模式发生重塑，尤其涉及氨基酸代谢通路。而食物补充策略下的微生物与代谢特征更接近野生状态。该研究为制定基于微生物组信息的金丝猴保护策略提供了关键科学依据，对濒危野生动物保护具有重要指导意义。

　　

在生物多样性保护日益受到全球关注的今天，如何有效保护濒危物种成为生态学与保护生物学研究的焦点。金丝猴(Rhinopithecus roxellana)作为中国特有的濒危灵长类动物，其生存状况备受关注。这类高度特化的食叶动物依赖复杂的肠道微生物系统进行发酵消化，然而在保护实践中，圈养和食物补充等人工干预措施可能对它们的肠道微生态系统产生深远影响。以往研究多集中于描述微生物组成变化，对微生物群落构建机制及其实际代谢功能的研究仍显不足，特别是缺乏对不同保护策略下微生物-宿主互作的系统评估。

为了解决这一科学问题，研究人员开展了一项整合宏基因组学和代谢组学的多组学研究。该研究采集了来自神农架国家公园的40份金丝猴粪便样本，涵盖野生、食物补充和圈养三种保护策略。通过高通量测序和质谱分析，系统比较了不同保护环境下金丝猴肠道微生物组的群落结构、功能潜能和代谢特征。

研究采用的主要技术方法包括：通过宏基因组测序构建金丝猴肠道微生物非冗余基因目录；利用液相色谱-串联质谱(LC-MS)进行非靶向代谢组学分析；应用多种生物信息学工具进行微生物群落结构、共现网络、中性群落模型等生态学分析；通过线性判别分析(LEfSe)识别差异丰度分类单元和功能通路；采用加权基因共表达网络分析(WGCNA)探究微生物与代谢物的协同变化关系。

基因目录构建

研究人员成功构建了金丝猴肠道微生物基因目录，包含约599万个非冗余基因，远多于食蟹猴的基因目录。功能注释显示，50.73%的基因可注释到COG数据库，41.06%注释到KEGG数据库。

微生物多样性与共现网络

食物补充组的α多样性(Shannon指数)显著高于野生组和圈养组。β多样性分析显示三种保护策略下的微生物群落结构存在显著差异，圈养组与野生组的分化最为明显。

微生物群落构建过程

圈养组中临时特化种比例最高(24.38%)，且确定性过程在群落构建中占主导地位。中性群落模型显示野生组的迁移率(Nm)最高，表明其受微生物扩散影响更大。

抗生素抗性组和毒力因子

圈养组表现出独特的抗生素抗性基因(ARGs)和毒力因子(VFs)谱系，四环素抗性基因等相对丰度较高。Procrustes分析显示ARGs/VFs谱与可移动遗传元件(MGEs)存在显著关联。

粪便代谢组与微生物-代谢物共变

共惯性分析显示微生物组与代谢组存在强共变关系。WGCNA识别出381个微生物物种与914个代谢物显著相关，这些代谢物富集于酪氨酸代谢、初级胆汁酸生物合成等通路。

研究结论表明，不同保护策略与金丝猴肠道微生物组和代谢组的显著变化密切相关。圈养环境导致最明显的改变，包括微生物群落构建过程更加确定性、网络稳定性降低、临时特化种富集，以及ARGs和VFs的增加。相比之下，食物补充策略下的微生物和代谢特征更接近野生状态，表明这种半自然保护方式对肠道微生态系统的干扰较小。

这项研究首次系统比较了不同保护强度下金丝猴肠道微生物组与代谢组的响应，为制定微生物组信息指导的保护策略提供了科学依据。研究强调在濒危物种保护中应考虑"微生物健康"因素，建议在圈养环境中增加饮食多样性、改善饲养条件，以促进微生物组恢复力。同时，研究建立的基因目录和 multi-omics 分析框架为未来野生动物保护研究提供了宝贵资源。

该研究的局限性包括横断面设计、样本量有限以及缺乏宿主生理指标的直接测量。未来需要开展纵向研究，结合宿主基因组和生理数据，进一步阐明微生物组变化对宿主健康的具体影响机制，为金丝猴等濒危物种的保护管理提供更全面的科学支持。