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两栖动物皮肤微生物群对宿主健康至关重要,但厄瓜多尔安第斯山脉南部野生无尾目物种相关研究匮乏。本研究利用 MALDI-TOF 质谱,分析该区域无尾目皮肤细菌和真菌多样性,发现 29 种细菌和 9 种真菌,且地理屏障显著影响菌群变异,部分菌属与皮肤疾病相关,为保护策略提供依据。
两栖动物作为生态系统的重要指示生物,其皮肤微生物群不仅与宿主的免疫防御、代谢调节密切相关,还可能通过合成抗菌代谢物抵御病原体入侵。然而,全球两栖动物正面临栖息地破坏、气候变化和疾病流行(如壶菌病)的多重威胁,而皮肤微生物群的多样性及其与宿主健康的关系仍存在诸多未知。特别是在厄瓜多尔这样的生物多样性热点地区,安第斯山脉南部的野生无尾目(Anura)物种因地理隔离和人类活动影响,其皮肤微生物群的研究几乎空白。深入了解该区域两栖动物皮肤微生物的组成和分布规律,不仅有助于揭示微生物 - 宿主 - 环境的互作机制,更为濒危物种的保护策略提供关键科学依据。
为此,厄瓜多尔天主教大学(Universidad Católica de Cuenca)等机构的研究人员开展了相关研究,旨在通过基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)技术,解析厄瓜多尔安第斯山脉南部野生无尾目皮肤可培养细菌和真菌的多样性,并探讨地理屏障对菌群变异的影响。研究成果发表在《Microbial Ecology》,为两栖动物微生物组研究和保护生物学提供了新视角。
研究团队在厄瓜多尔南部 5 个省份(萨莫拉 - 钦奇佩、洛哈、卡尼亚尔、阿苏艾、莫罗纳 - 圣地亚哥)的 11 个采样点,通过 “视觉相遇法” 采集了 20 种野生无尾目动物的皮肤拭子样本。主要技术方法包括:①样本保存与运输:使用脑心浸液培养基和 TGhL 培养基保存样本,低温运输至实验室;②微生物分离培养:通过血琼脂和马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)分别分离细菌和真菌;③MALDI-TOF MS 鉴定:利用 Axima? Confidence 质谱仪对纯化菌落进行蛋白质质谱分析,结合 SARAMIS?和布鲁克真菌数据库实现物种鉴定;④统计分析:通过 R 语言 phyloseq 和 vegan 包进行 α 多样性(香农指数、辛普森指数)和 β 多样性(Bray-Curtis 相异矩阵)分析,并利用非度量多维标度(NMDS)和热图可视化菌群结构差异。
研究结果
1. 无尾目物种与微生物组成
共鉴定出 20 种无尾目物种,以普 ristimantis 属(16 次记录)和 gastrotheca 属(5 次记录)为主。皮肤微生物群包括 29 种细菌和 9 种真菌:
- 细菌:优势菌为绿针假单胞菌(Pseudomonas chlororaphis,28%)、伊氏不动杆菌(Acinetobacter iwoffii,14%)和荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens,14%),主要属于变形菌门(Proteobacteria,75.86%)。
- 真菌:霍塔氏霉(Hortaea werneckii,26.4%)、茄病镰刀菌(Fusarium solani,20.5%)和共头霉属(Syncephalastrum spp.,20.5%)为优势种,子囊菌门(Ascomycota)占主导(44.12%)。
2. 地理屏障驱动微生物多样性变异
不同省份的微生物多样性差异显著:
- 细菌:阿苏艾省的香农指数最高(2.36±0.08),莫罗纳省最低(1.66±0.07);NMDS 和热图显示,萨莫拉、洛哈和莫罗纳的菌群形成独立聚类,表明地理隔离导致菌群结构分化。
- 真菌:洛哈省的丰富度最高(Chao1=7.4±3.0),卡尼亚尔省几乎无真菌多样性(Shannon=0),反映出海拔和生态系统类型对真菌分布的强烈筛选作用。
3. 微生物 - 疾病关联与功能潜力
部分优势菌属与动植物疾病相关:
- 机会致病菌:伊氏不动杆菌、荧光假单胞菌与两栖动物皮肤感染相关,霍塔氏霉可引起人类和两栖动物的皮肤色素沉着异常。
- 有益菌:假单胞菌属某些菌株(如绿针假单胞菌)可合成吩嗪类抗真菌化合物,抑制壶菌(Batrachochytrium dendrobatidis,Bd)生长,提示其益生菌应用潜力。
结论与讨论
本研究首次系统揭示了厄瓜多尔安第斯山脉南部野生无尾目皮肤微生物群的多样性,证实地理屏障是菌群结构的关键驱动因素,并发现潜在致病和益生菌株的共存现象。研究结果不仅拓展了对两栖动物皮肤微生物组地理分布规律的认知,也为评估宿主健康风险、开发微生物干预策略(如益生菌补充)以应对壶菌病等威胁提供了靶点。然而,研究仅覆盖可培养微生物,未来需结合宏基因组学技术,进一步挖掘不可培养菌群的功能,全面解析微生物 - 宿主互作网络。此外,针对优势菌群的代谢产物分析和田间干预实验,将为两栖动物保护提供更直接的科学依据。
该研究通过多学科交叉方法,整合微生物组学、地理学和保护生物学,为理解生物多样性热点地区的宿主 - 微生物互作机制奠定了基础,其成果对于全球变化背景下的两栖动物保护具有重要借鉴意义。