揭秘壁虎皮肤微生物组：宿主与环境因素对细菌群落多样性的协同塑造机制

这篇研究通过16S rRNA测序分析了澳大利亚北部7种壁虎（Gehyra spp.和Heteronotia binoei）在5个地点、2个季节（n=234）的皮肤细菌群落。研究发现物种、地点和季节因素虽显著影响群落结构（PERMANOVA，p<0.001），但解释力较低（R2<0.2）。值得注意的是，微生境相似性在旱季显著影响群落（R2=0.108），而气象因子（PC1/PC2）解释力更弱。研究提出需通过宏基因组学验证这些低生物量（low-biomass）群落是否为活性共生体（living symbionts），并探讨功能多样性（functional diversity）是否比分类学特征更能解释群落模式。

　　

揭秘壁虎皮肤微生物群落的内在机制与生态驱动

ABSTRACT

壁虎皮肤虽具有抗菌和自我清洁特性，却展现出惊人的细菌多样性。这项研究通过对澳大利亚北部五种生境、两个季节采集的七种壁虎（234个样本）进行系统分析，验证了物种、地点和季节对皮肤细菌群落的分化作用。值得注意的是，预测变量的解释力在聚焦特定地点或物种时显著提升，最高可解释40%的地点内变异或27%的跨地点物种变异。气象因素的解释力更为有限，温度和降雨量未能充分解释地点和季节差异。这种低解释力暗示壁虎皮肤细菌群落可能受其他未知因素或随机过程主导。

Graphical Abstract

图示生动呈现了澳大利亚季节性热带地区壁虎皮肤细菌群落的三大特征：高多样性、低生物量和显著的物种/地点/季节分化。特别强调在分类学多样性研究基础上，未来需优先评估细菌存活状态，进而探索功能多样性是否比传统分类学更能解释群落构建规律。

1 Introduction

爬行动物皮肤作为保护屏障和水分交换界面，其微生物组研究远落后于哺乳动物。壁虎皮肤的特殊性在于：纳米棘突结构可物理穿刺细菌、超疏水表面实现自清洁、周期性蜕皮清除附着物。研究提出四大假说：1）近缘壁虎物种具有独特皮肤菌群；2）采样地点影响群落构成；3）微生境相似性驱动群落趋同；4）季节变化重塑菌群结构。这些假设通过415公里纬度梯度上的多物种系统进行验证。

2 Methods

2.1 研究系统与气象数据

沿3.76°纬度梯度设置5个采样点，涵盖显著的气候变异。选择6种Gehyra属和1种Heteronotia属壁虎，其微生境从地面（substrate index=1）到树栖（index=5）形成梯度。采用主成分分析（PCA）将气象参数降维，PC1（解释75%变异）反映季节差异，PC2反映纬度梯度。

2.2 采样与测序

标准化采样前用75 mL Milli-Q水冲洗体表，采用flocked swab采集全身微生物。V4区16S rRNA测序（515F/806R引物）经DADA2处理获得ASV，去除低丰度（<0.1%）和单样本ASV。最终6557条reads标准化后，进行α多样性（丰富度、Pielou均匀度）和β多样性（UniFrac）分析。

2.3 统计分析

通过分层PERMANOVA解析物种、地点、季节的独立与交互效应。微生境影响采用substrate index量化，核心菌群定义为80%样本共有的ASV。环境因子通过PC轴纳入模型，辅以NMDS可视化。

3 Results

3.1 物种差异

5507个ASV中，优势门为拟杆菌门（Bacteroidota）、厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）。尽管整体R²值较低（<0.2），但特定地点如Litchfield国家公园的物种差异显著（PERMANOVA，p<0.01）。值得注意的是，树栖物种G. australis与岩栖G. lapistola的菌群相似度高于地面物种。

3.2 地点差异

跨地点比较显示，最南端的Timber Creek与Kidman Springs群落相似，而中段Katherine与其他所有地点相似。地点核心ASV的中位相对丰度均<2%，反映强烈的空间异质性。G. gemina在两地点的丰富度差异达显著水平（p=0.01）。

3.3 微生境模式

旱季微生境对加权UniFrac的解释力（R²=0.108）显著高于雨季（R²=0.021）。树栖与半树栖物种的群落相似度显著高于地面物种（p<0.05），但该模式在地栖物种中消失。

3.4 气象与环境

PC1（最低温、长期降雨）显著预测G. australis等物种的丰富度，但方向不一致。季节效应最具解释力的案例出现在样本量小的G. lapistola（R²=0.362），暗示其他季节因素（如行为调节、生理变化）可能起主导作用。

4 Discussion

研究揭示了壁虎皮肤菌群的三大悖论：1）高多样性存在于抗菌表面；2）环境解释力低于预期；3）季节效应存在物种特异性。这些发现支持"短暂定植者"假说——菌群可能主要来自环境暂居菌（transient colonizers）和残留DNA（relic DNA）。未来需通过宏基因组学验证功能冗余性，并开发区分活性菌（living symbionts）与残留DNA的技术。该研究为理解脊椎动物皮肤微生物组的生态过滤机制提供了新视角。