宿主性状与环境变异共同塑造野生三刺鱼肠道微生物群多样性：生态进化意义的新视角

本研究针对野生三刺鱼(Gasterosteus aculeatus)肠道微生物群(Gut microbiome)的驱动因素展开系统研究，通过20个湖泊种群样本的16S rRNA测序分析，揭示了宿主形态、性别等内在因素比环境参数对α多样性影响更显著，同时发现种群间微生物组成差异与形态分化相关。该研究为理解宿主-微生物-环境三者互作提供了生态进化新视角。

　　

在自然界中，肠道微生物群(Gut microbiota)如同一个隐藏的器官，与宿主形成复杂的共生关系。三刺鱼(Gasterosteus aculeatus)作为经典的生态进化研究模型，其淡水种群在冰河期后独立 colonized 数千个栖息地，形成了丰富的形态和生态多样性。然而，关于这些野生种群肠道微生物群的驱动因素，特别是宿主性状与环境因素的相对贡献，仍存在显著的知识空白。理解这种微生物群落的组装规则，不仅关乎宿主健康，更是揭示宿主-微生物共进化机制的关键。

加州大学圣地亚哥分校的Andreas Harer和Diana J.Rennison团队在《Animal Microbiome》发表的研究，通过对温哥华岛20个湖泊的野生三刺鱼种群进行系统采样，结合几何形态测量、环境参数分析和16S rRNA基因测序等技术，首次在多种群尺度上解析了肠道微生物群的驱动机制。研究发现宿主性别和形态特征对α多样性的影响显著强于环境因素，而种群间微生物组成差异与宿主形态分化存在关联，这些发现为理解野生生物适应性进化中的宿主-微生物互作提供了新证据。

研究采用的主要方法包括：1)跨7个流域20个湖泊的野生三刺鱼样本采集(n=617)；2)基于17个地标的几何形态测量分析；3)水体理化参数(温度、溶解氧等)现场测定；4)V4区16S rRNA基因扩增子测序及SILVA 138数据库注释；5)多变量统计模型(MRM)分析种群间差异驱动因素。

研究结果部分呈现了丰富发现：

宿主性状主导α多样性变异
分析显示雌性个体比雄性具有显著更高的ASV丰富度(24.4%)、Shannon多样性(6.2%)和Faith's系统发育多样性(16.4%)。几何形态测量的第二主成分(反映尾柄长度变异)与所有α多样性指标均呈现潜在关联，而环境参数无显著影响。

弱化的核心微生物群特征
跨种群分析发现平均每个ASV仅存在于3.2个宿主(0.6%)，65.5%的ASV为宿主特有。仅4个ASV在>50%宿主中共享(属于Halomonadaceae等科)，无ASV达到80%共享阈值。种群内β多样性指标显示高离散度(UniFrac 0.73-0.76)，表明微生物组成高度个体化。

形态分化驱动种群间差异
MRM分析显示基于Bray-Curtis的微生物群差异38.5%可由形态距离解释(β=0.004,P=0.001)，而基于weighted UniFrac的差异与自由生活菌群分化相关(β=0.169,P=0.043)。值得注意的是，遗传分化(F_ST
=0.026-0.091)与微生物群变异无显著关联。

讨论部分强调了三个关键突破：首先，研究确立了宿主内在因素(特别是性别和形态)在塑造肠道微生物群中的主导地位，这与传统强调环境过滤作用的观点形成互补。其次，形态分化与微生物群分化的关联暗示了通过摄食生态(trophic ecology)的间接调控路径，虽然直接证据仍需通过食性分析(如稳定同位素)验证。最后，弱核心微生物群的发现挑战了鱼类存在稳定共生菌群的假设，表明野生种群可能通过高度灵活的微生物招募策略适应不同环境。

该研究的创新价值体现在：1)首次在多种群尺度上量化了宿主与环境对野生鱼类微生物群的相对贡献；2)建立了形态-微生物群关联的新框架，为理解表型可塑性提供了微生物维度；3)揭示了性别二态性在微生物组装配中的普遍作用。未来研究可结合食性分析和功能基因组学，进一步解析形态-饮食-微生物群的三元互作机制。这些发现不仅拓展了对宿主-微生物共进化机制的认识，也为野生动物保护中的微生物组管理提供了理论依据。