肠道微生物组的可塑性解释了一种小型哺乳动物（Apodemus draco）的海拔分布模式及其适应性

《Microbiology Spectrum》：Gut microbiome plasticity explains the altitudinal distribution pattern and adaptability in a small mammal species (Apodemus draco)

肠道菌群对中华田鼠垂直分布模式的影响及其高海拔适应机制研究。

　　物种在海拔梯度上的分布模式一直是生态学研究的核心议题之一。这些模式不仅反映了生物对环境的适应性，还揭示了生态系统内部复杂的相互作用关系。传统的研究主要关注环境因素，如温度、降水、植被覆盖度等，而较少探讨宿主自身的适应能力，尤其是肠道微生物群在其中的作用。本研究以分布广泛的中国南方田鼠（Apodemus draco）为对象，探讨其在海拔梯度上的分布特征，并评估肠道微生物群在形成这种分布模式中的作用。通过分析219个野外样本，我们发现该物种在海拔梯度上呈现出典型的“倒U型”分布模式，即在中等海拔区域达到最高丰度，而该区域的植被覆盖度却相对较低。这一发现表明，尽管植被覆盖度是影响物种分布的重要环境因素，但宿主自身的适应能力，特别是肠道微生物群的调节作用，可能在决定其空间分布上起着关键作用。

中国南方田鼠是一种分布广泛的中小型哺乳动物，广泛栖息于森林、灌丛和草地等环境中，其栖息地海拔范围从800米到超过3000米。由于其广泛的分布范围，这种物种被认为具有较强的生态适应能力，能够应对不同的环境条件。然而，其分布模式并不完全符合传统观点，即物种多样性或丰富度通常在中等海拔区域达到峰值。本研究首次提出，肠道微生物群可能是决定物种分布模式的关键因素之一。通过对肠道微生物群的多样性、网络拓扑结构、组成和功能特征进行分析，我们发现中等海拔区域的微生物多样性、复杂性、稳定性以及能量获取和碳水化合物利用能力均达到峰值，这与宿主的分布模式高度一致。这些结果表明，肠道微生物群不仅在维持宿主健康方面发挥重要作用，还可能通过调节宿主的适应性特征，影响其在不同海拔环境中的生存和繁殖。

植被覆盖度是衡量生态系统健康和资源丰富度的重要指标，通常被认为是影响物种分布的关键因素之一。在本研究中，我们使用归一化植被指数（NDVI）来评估不同海拔区域的植被状况。研究结果表明，NDVI值在中等海拔区域达到最低点，而该区域正是中国南方田鼠分布最集中的地方。这一现象与传统观点相悖，即通常认为植被覆盖度越高，物种的分布越广泛。然而，我们的研究显示，即使在植被覆盖度较低的环境中，中国南方田鼠仍能维持较高的种群密度。这种现象可能与肠道微生物群的适应性有关，因为微生物群能够帮助宿主更有效地利用有限的资源，提高其在低植被覆盖环境中的生存能力。

在肠道微生物群的多样性分析中，我们发现中国南方田鼠的微生物多样性呈现出“倒U型”分布模式，即在中等海拔区域达到最高值。这一模式与宿主的分布特征高度一致，表明微生物群的多样性可能直接影响宿主的适应能力。高微生物多样性意味着更丰富的功能冗余，能够帮助宿主在资源有限的环境中维持稳定的代谢过程。同时，微生物群的稳定性也是其功能发挥的重要前提。通过构建微生物共现网络，我们发现中等海拔区域的微生物网络结构更为复杂和稳定，表现为更高的节点数量、边数和平均度。这种网络结构的稳定性可能使宿主能够更好地应对环境变化，从而在不同海拔区域中维持较高的种群密度。

此外，我们还分析了微生物群的功能特征，发现其在能量获取和碳水化合物代谢方面表现出显著的适应性。在中等海拔区域，微生物群的碳水化合物利用能力最强，这可能与该区域的资源限制有关。高海拔区域的植被覆盖度较低，食物资源相对匮乏，而微生物群能够通过分解复杂的碳水化合物，提高宿主的能量获取效率。这一发现支持了之前关于肠道微生物群在宿主适应性中的关键作用的假设。例如，一些研究表明，微生物群能够通过编码多种碳水化合物活性酶（CAZymes），帮助宿主更有效地利用食物资源。我们的研究进一步验证了这一点，发现CAZymes的丰度在中等海拔区域达到峰值，这可能与该区域的资源限制和微生物群的代谢灵活性有关。

在高海拔区域，微生物群的某些特征可能对宿主的适应性起到关键作用。例如，一些细菌如Blautia和Akkermansia在高海拔区域的丰度显著增加，这些细菌具有促进肠道健康和增强宿主对低氧环境的耐受性的作用。Blautia在高海拔环境中的富集可能与其在低氧条件下促进肠道代谢的功能有关，而Akkermansia则能够降解肠道黏液，帮助宿主在低营养条件下维持肠道屏障的完整性。这些微生物的富集可能使中国南方田鼠能够在资源匮乏的高海拔环境中生存，并维持较高的种群密度。

同时，我们还发现，高海拔区域的微生物群具有更强的抗病能力。某些机会性病原体如Enterobacteriaceae、Escherichia、Salmonella、Citrobacter和Shigella在高海拔区域的丰度显著降低，这可能与高海拔环境中的低氧条件和资源限制有关。低氧环境可能抑制某些病原体的生长，而资源匮乏则可能减少微生物群的代谢活性，从而降低病原体的繁殖能力。此外，高海拔区域的微生物群还表现出较低的病毒丰度，这可能与宿主免疫系统的适应性有关。在高海拔环境中，宿主可能通过增强免疫反应，减少病毒的传播和感染风险。

本研究的发现不仅拓展了我们对物种分布模式的理解，还揭示了肠道微生物群在宿主适应性中的关键作用。通过分析中国南方田鼠的分布模式和肠道微生物群的特征，我们发现微生物群的适应性可能与宿主的生存和繁殖能力密切相关。在资源有限的环境中，微生物群能够通过增强能量获取效率和提高宿主对低氧和寒冷环境的耐受性，帮助宿主维持生存。这些结果表明，肠道微生物群不仅是宿主健康的重要组成部分，还可能在宿主的生态适应过程中发挥关键作用。

此外，本研究还强调了微生物群在调节宿主免疫功能方面的潜力。在高海拔环境中，宿主可能面临更高的感染风险，而微生物群的适应性变化可能有助于降低这种风险。例如，我们发现高海拔区域的微生物群具有较低的病原体丰度和较强的抗病能力，这可能与宿主免疫系统的增强有关。通过调节肠道微生物群的组成和功能，宿主可能能够更有效地应对环境中的病原体威胁，从而提高生存率和种群稳定性。

本研究的发现具有重要的生态学意义，不仅揭示了肠道微生物群在物种分布模式形成中的作用，还为理解宿主-微生物共生关系提供了新的视角。通过比较不同海拔区域的微生物群特征，我们发现微生物群的适应性变化可能与宿主的生理和生态需求密切相关。这种适应性可能通过长期的共进化过程形成，使微生物群能够与宿主协同适应不同的环境条件。例如，在高海拔区域，微生物群可能通过增强宿主的代谢能力，帮助其应对低氧环境；而在低海拔区域，微生物群可能通过促进宿主的免疫反应，降低感染风险。

然而，本研究也存在一定的局限性。由于高海拔区域的环境条件较为极端，样本数量相对较少，这可能影响研究结果的统计效力。此外，虽然我们发现了微生物群与宿主分布模式之间的相关性，但具体的因果关系仍需进一步研究。未来的研究可以结合实验方法，如微生物移植实验，以验证微生物群对宿主适应性的具体影响。此外，还需要进一步探讨不同海拔区域的微生物群组成和功能如何影响宿主的生理和生态特征，以及这些特征如何反过来影响微生物群的演化和分布。

总之，本研究通过分析中国南方田鼠的分布模式和肠道微生物群的特征，揭示了微生物群在宿主适应性中的关键作用。这些发现不仅为理解物种分布模式提供了新的视角，还为研究宿主-微生物共生关系奠定了基础。未来的研究可以进一步探索微生物群的适应性机制，以及其如何影响宿主的生态适应能力，从而为保护和管理高海拔生态系统提供科学依据。