猪粪生物转化中黑水虻幼虫健康表型与肠道微生物、宿主分子反应及粪便群落的多组学关联研究

《Environmental Microbiome》：Multi-omics profiling links gut microbiota dysbiosis to larval health divergence and frass microbial quality in black soldier fly-based pig manure valorization

　　

摘要

为探究黑水虻幼虫（BSFL）在猪粪生物转化过程中，肠道微生物群落、幼虫健康状况、宿主分子反应与粪便（frass）微生物特征之间的关联性，本研究综合运用了细菌16S rRNA基因扩增子测序、真菌ITS扩增子测序、转录组学及代谢组学方法。研究比较了三种与健康相关的幼虫表型：来自受影响饲养箱的死幼虫（BSFLD）、同一受影响饲养箱中的存活幼虫（BSFLL），以及来自未受影响饲养箱的表观健康幼虫（BSFLH）。BSFLH肠道中富集了与肠道稳态相关的菌群，包括Enterococcus（20.21%）和Corynebacterium（17.04%），而BSFLD肠道中机会性菌群的相对丰度更高，包括Morganella（25.30%）和Proteus（8.31%）。真菌谱分析进一步揭示BSFLD和BSFLL幼虫中Issatchenkia的显著富集。转录组学和代谢组学分析表明，健康状况的差异伴随着Toll和Imd信号通路、谷胱甘肽代谢、过氧化物酶体相关过程、ABC转运蛋白及氨基酸代谢通路的改变。健康饲养箱的粪便以Corynebacterium相关菌群为主导，而受影响饲养箱的粪便则呈现出独特的细菌和真菌群落结构。每个饲养箱的粪便各取一份混合样本，分别代表含有BSFLD和BSFLL幼虫的受影响箱和含有BSFLH幼虫的未受影响箱，两者微生物组成存在差异。在本次观测事件中，细菌和真菌谱随所采样的幼虫表型以及两个箱体级别的粪便混合样本而变化。由于该事件为观察性研究，仅采样了一个受影响和一个未受影响的饲养箱，幼虫样本池和粪便样品无法提供独立的箱体重复或可靠的箱体级别功效估计。因果关系及对转化效率的影响需要受控的、具有箱体重复的实验验证。本研究为基于BSFL的粪便资源化系统中的微生物监测和健康管理提供了多组学基础。