沙漠陆龟肠道微生物组的定向富集培养揭示木质纤维素降解菌群与短链脂肪酸代谢的生态及生物技术潜力

本研究通过厌氧富集培养和16S rRNA测序技术，揭示了沙漠陆龟(Gopherus agassizii)肠道中具有木质纤维素降解功能的微生物群落特征。研究团队从圈养个体粪便样本中成功富集到以厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidota)为主导的菌群，包括毛螺菌科(Lachnospiraceae)和肠球菌属(Enterococcus)等关键分类单元。尽管培养后微生物多样性显著降低，但富集菌群在厌氧条件下成功将木质纤维素转化为短链脂肪酸(SCFAs)，包括乙酸(1 g/L)、丙酸(0.2-0.4 g/L)和丁酸(0.2-0.4 g/L)。该研究为爬行动物草食性微生物组研究提供了新见解，并为生物质转化技术开发了潜在菌种资源。

　　

微生物富集培养揭示沙漠陆龟肠道菌群特征

Abstract
沙漠陆龟在生态系统中扮演着重要角色，包括植物种子传播和矿物质循环，但其肠道微生物组成与功能研究仍属空白。本研究通过定向厌氧富集培养技术，从沙漠陆龟粪便样本中成功分离出参与植物生物质降解的微生物群落。采用16S rRNA扩增子测序比较培养群落与原始粪便样本，发现所有培养样本中均富含与生物质降解相关的厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidota)。尽管培养群落的微生物多样性显著降低，但多个关键分类单元在木质纤维素富集条件下表现活跃，包括毛螺菌科(Lachnospiraceae)和肠球菌属(Enterococcus)。培养群落在厌氧条件下产生短链脂肪酸，其生长和代谢输出为原始粪便群落中这些微生物的活性提供了直接证据。

Introduction
陆龟种群通过矿物质循环、洞穴构建和种子传播等行为维持生态系统平衡，但其肠道微生物研究严重滞后。作为植食性爬行动物，陆龟依赖肠道微生物降解顽固植物材料并转化为可利用代谢物。本研究聚焦于木质纤维素降解菌群的富集培养，这些微生物可能具有重要的生物技术应用价值。目前关于爬行动物草食性微生物组的数据极为有限，在IMG/M数据库中甚至没有爬行动物宿主相关宏基因组数据。

Methods
使用改良M2培养基（含芦苇草作为碳源）对两只圈养沙漠陆龟（雄性"Mojave"和雌性"Pancake"）粪便样本进行系列稀释和厌氧培养。培养分别在30°C和39°C下进行，经过三次传代后，采用DNeasy PowerSoil Pro试剂盒提取DNA。通过Illumina MiSeq平台对16S rRNA基因V3-V4区进行测序，使用QIIME 2和DADA2进行数据分析。同时采用高效液相色谱(HPLC)分析培养物中短链脂肪酸产量。

Results
微生物群落分析显示：

1. 粪便样本与培养群落存在显著差异，后者以厚壁菌门和拟杆菌门为主导（图2）。30°C培养群落中拟杆菌门比例增加，而39°C培养群落中厚壁菌门（尤其是肠球菌属）占比近50%。
2. 粪便样本的Faith系统发育多样性显著高于培养群落（q=0.006）（图4）。
3. ANCOM-BC分析鉴定出多个显著富集的分类单元（q<10^-5
   ），包括毛螺菌科、拟杆菌属(Bacteroides)和副拟杆菌属(Parabacteroides)（图5）。
4. 所有培养群落均产生短链脂肪酸，其中乙酸浓度接近1 g/L，丙酸和丁酸浓度在0.2-0.4 g/L范围（图6）。

Discussion
本研究首次系统报道了沙漠陆龟肠道木质纤维素降解菌群的培养特性。与哺乳动物草食性微生物组类似，厚壁菌门和拟杆菌门是核心菌群，但肠球菌属的异常富集可能反映了培养条件的选择性。毛螺菌科的广泛存在暗示其在木质纤维素降解中的关键作用。研究局限性包括：

1. 圈养个体可能影响微生物组成
2. 培养条件仅部分模拟肠道环境
3. 缺乏宏基因组数据限制功能注释深度

Conclusions
通过厌氧富集培养结合多组学分析，本研究揭示了沙漠陆龟肠道中具有木质纤维素降解潜力的微生物群落特征。这些发现不仅丰富了爬行动物微生物生态学认知，也为开发新型生物质转化技术提供了菌种资源。未来研究应拓展至野生种群，并结合宏基因组和宏转录组技术深入解析微生物代谢网络。