《Ecology and Evolution》：The Great Bustard (Otis tarda) and Common Crane (Grus grus) Utilize Food Resources via Gut Microbiota Remodeling During Wintering in the Yellow River Wetlands in Ordos City, Inner Mongolia, China
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大鸨（Otis tarda）和蓑羽鹤（Grus grus）分别是中国的国家一级和二级保护动物，它们在内蒙古的黄河湿地越冬。本研究的重点是这些鸟类在该地区的冬季生态，特别是它们在冬季期间食物资源利用与肠道微生物群重塑之间的关系。研究人员利用高通量测序技术分析了鸟
大鸨（Otis tarda）和蓑羽鹤（Grus grus）分别是中国的国家一级和二级保护动物，它们在内蒙古的黄河湿地越冬。本研究的重点是这些鸟类在该地区的冬季生态，特别是它们在冬季期间食物资源利用与肠道微生物群重塑之间的关系。研究人员利用高通量测序技术分析了鸟类的食性和肠道微生物群，并利用液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）检测了它们的粪便代谢物。结果表明，两种鸟类主要食用植物性食物。蓑羽鹤的食性主要由禾本科（Poaceae）植物组成，而大鸨的食性相对更多样化。不同的食性成分驱动了两种鸟类肠道微生物群的多样性和组成，其中大鸨表现出更高的微生物多样性。蓑羽鹤的肠道微生物群和代谢物主要受禾本科植物影响，而大鸨的则受多种因素影响，没有单一的主导驱动因素。大鸨的肠道微生物群含有更多的益生菌，而蓑羽鹤的肠道微生物群则含有更高丰度的益生真菌。此外，大鸨的粪便代谢物富含类黄酮（flavonoids）和酚酸（phenolic acids）等益生化合物，这些化合物对整体健康有益。本研究为了解这些鸟类的生存状况，特别是国家一级保护动物大鸨，提供了见解，并为它们的保护提供了科学依据。
研究背景与问题：内蒙古黄河湿地位于中亚和东亚-澳大利西亚两条主要候鸟迁徙路线交汇处，是许多候鸟的关键中转站和能量补充点。大鸨（Otis tarda dybowskii，鸨形目，鸨科）作为世界上最大的飞鸟之一，因栖息地破坏、过度开垦和过度放牧导致数量锐减，被世界自然保护联盟（IUCN）列为濒危物种，也是中国国家一级保护动物。蓑羽鹤（Grus grus，鹤形目，鹤科）是中国国家二级保护动物。自2020年左右，每年12月在鄂尔多斯市达拉特旗黄河湿地观察到10多只大鸨越冬，数量逐渐增加，同时也有数千只蓑羽鹤在此地越冬。两种鸟类的越冬栖息地相邻，种植作物相似。此前对大鸨在沧州越冬地肠道细菌多样性（Lu et al. 2021）及在图牧吉保护区越冬食性（Liu et al. 2018）有过研究，但对自2020年在鄂尔多斯黄河湿地新出现的越冬种群，其食性组成及通过肠道微生物群（gut microbiota）重塑的环境适应机制尚不明确。同域共存为研究提供了独特系统：大鸨作为新观察到的越冬种群，可能具有更宽的食性生态位；蓑羽鹤作为长期居民，食性（以禾本科Poaceae为主）相对专一。开展种间比较有助于检验食性生态位宽度是否直接驱动肠道微生物多样性和组成、不同饮食模式如何塑造肠道微生物群落及代谢表型、以及评估两物种的适应策略和生理状态。因此，研究人员利用高通量测序技术分析越冬大鸨和蓑羽鹤的食性和肠道微生物群（细菌和真菌），并利用液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）分析粪便代谢物，旨在阐明两物种在该关键越冬地的生存状况和适应性，为保护提供科学依据。该论文发表在《Ecology and Evolution》。
主要技术方法（不超过250字）：本研究于2021年12月在内蒙古鄂尔多斯市达拉特旗黄河湿地南岸采集大鸨（5份）和蓑羽鹤（6份）新鲜粪便样本，间隔超过2m以避免个体重复，-80°C保存。采用PowerSoil DNA提取试剂盒提取粪便总DNA，利用细胞色素c氧化酶亚基I（COI）基因通用引物扩增动物DNA、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基（rbcL）基因通用引物扩增植物DNA，经测序和操作分类单元（OTU）聚类后，比对Barcode of Life Data System数据库获取食性组成。肠道细菌和真菌分别通过16S rRNA基因V3-V4区和内转录间隔区（ITS）扩增，在Illumina Novaseq 6000平台测序，分析α多样性（Shannon指数）和β多样性（非度量多维尺度分析NMDS、相似性分析ANOSIM），并用线性判别分析效应大小（LEfSe，LDA>4，p<0.05）鉴定差异菌群。粪便代谢物采用LC-MS检测，经正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）筛选差异代谢物（倍数变化FC>1，p<0.05，变量投影重要性VIP>1）。通过典范对应分析（CCA）和基于距离的冗余分析（dbRDA）评估食性因素对微生物的影响，Spearman相关分析微生物与代谢物的关联。
研究结果：
3.1 植物性和动物性食性组成：基于rbcL基因的高通量测序显示，大鸨植物食性主要包括柳科（Salicaceae，25.81%）、蔷薇科（Rosaceae，21.44%）、苋科（Amaranthaceae，14.46%）、禾本科（Poaceae，11.6%）和石蒜科（Amaryllidaceae，10.76%）等，组成较多样；蓑羽鹤植物食性以禾本科为主（84.83%），显著高于大鸨。基于COI基因的动物食性分析显示，大鸨动物食性包括鼠属（Rattus，24.75%）、阿勇蛞蝓属（Arion，21.76%）等；蓑羽鹤动物食性包括鼠属（20.28%）、Dasybranchus（9%），其中Dasybranchus在蓑羽鹤中显著更高。
3.2 两种鸟类的肠道细菌：16S rRNA测序获得376个OTU，蓑羽鹤平均OTU数（196.5±36.37）显著低于大鸨（247.6±27.39）。Shannon指数显示大鸨肠道细菌α多样性显著高于蓑羽鹤。β多样性分析（NMDS和ANOSIM）表明两组细菌群落显著分离。门水平上，蓑羽鹤以厚壁菌门（Firmicutes，87.82%）和变形菌门（Proteobacteria，7.83%）为主；大鸨以厚壁菌门（62.88%）、放线菌门（Actinobacteria，24.89%）、拟杆菌门（Bacteroidetes，5.93%）和疣微菌门（Verrucomicrobia，3.58%）为主。属水平上，蓑羽鹤优势菌为Turicibacter（38.67%）、Catellicoccus（26.89%）和乳杆菌属（Lactobacillus，13.71%）；大鸨优势菌为未培养的毛螺菌科（uncultured_bacterium_f_Lachnospiraceae，20.51%）、双歧杆菌属（Bifidobacterium，18.47%）、梭菌属sensu stricto 1（Clostridium_sensu_stricto_1，5.839%）等。LEfSe分析显示，双歧杆菌、毛螺菌科等在蓑羽鹤中显著富集，而Catellicoccus、乳杆菌等在蓑羽鹤中显著富集。
3.3 两种鸟类的肠道真菌：ITS扩增获得1136个OTU，蓑羽鹤平均OTU数（409.17±172.04）低于大鸨（582.00±59.68），但差异不显著。Shannon指数显示大鸨肠道真菌α多样性显著高于蓑羽鹤。β多样性分析显示两组真菌群落显著分离。门水平上，两者均以子囊菌门（Ascomycota，68.74%）和担子菌门（Basidiomycota，20.92%）为主。属水平上，蓑羽鹤富集青霉属（Penicillium）、Meyerozyma、Filobasidium和Vishniacozyma；大鸨富集镰刀菌属（Fusarium）、Fusicolla、Tausonia、被孢霉属（Mortierella）和未分类真菌。
3.4 两种鸟类的肠道代谢物：主坐标分析（PCoA）显示两组代谢物显著分离，OPLS-DA模型验证有效（R2Y=0.996，Q2Y=0.904）。共鉴定274种代谢物，其中48种差异显著，大鸨中35种上调、13种下调。大鸨中显著上调的代谢物包括3-(3-羟基苯基)丙酸、衣康酸、4-羟甲基-3-甲氧基苯氧乙酸等；下调的包括亚氨基二乙酸、紫杉叶素、N-乙酰-L-谷氨酸等。差异代谢物主要富集于植物激素信号转导、色氨酸代谢、苯丙烷生物合成、半乳糖代谢、黄酮类生物合成等通路。
3.5 食性因素与肠道微生物的关系：CCA和dbRDA分析表明，植物性食物对肠道细菌和真菌群落的影响大于动物性食物。在蓑羽鹤中，禾本科是对细菌群落影响最显著的因素（R2=0.83，p=0.004），且与Turicibacter、乳杆菌等正相关；在大鸨中，无单一显著因素。对真菌群落，蓑羽鹤中未分类的链形植物（unclassified_Streptophyta）显著影响（R2=0.69，p=0.017），而大鸨中无显著因素。
3.6 肠道微生物与代谢物的关系：对细菌影响最大的代谢物是3-(3-羟基苯基)丙酸，它与蓑羽鹤中的Catellicoccus、乳杆菌等负相关，与大鸨中的毛螺菌科、Subdoligranulum等正相关。对真菌影响最大的是4-羟甲基-3-甲氧基苯氧乙酸，它与蓑羽鹤中的Vishniacozyma、Meyerozyma负相关，与大鸨中的Fusicolla正相关。
讨论总结与结论：研究人员讨论了食性差异对肠道微生物群和代谢物的塑造作用。大鸨食性更多样，导致其肠道微生物多样性和益生菌（如双歧杆菌、毛螺菌科、阿克曼菌属Akkermansia）及有益代谢物（类黄酮、酚酸）丰度更高，有利于宿主健康；蓑羽鹤食性单一（禾本科主导），肠道微生物和代谢物主要由禾本科驱动，富含益生真菌（如Meyerozyma）。相关性分析表明，即使摄入相同植物（如禾本科），两物种通过不同的肠道微生物代谢途径产生不同代谢物。研究结论为：利用高通量测序技术分析了大鸨和蓑羽鹤在内蒙古黄河湿地冬季的食性和肠道微生物群。结果显示两种鸟类主要食用植物性食物；蓑羽鹤主要以禾本科为食，大鸨食性更复杂；不同食性驱动了肠道微生物群的多样性和组成，大鸨具有更高的微生物多样性；蓑羽鹤的肠道微生物群和代谢物主要受禾本科影响，大鸨的受多种因素影响；大鸨拥有更多益生菌和有益代谢物（如类黄酮和酚酸），蓑羽鹤拥有更多益生真菌。这些发现间接表明两物种良好适应了黄河湿地冬季环境，该湿地为这两种珍稀鸟类提供了适宜栖息地。
