《Marine Environmental Research》：Metabolic Fingerprint Establishes Ecological Linkage Between Polychaete Gut Microbes with Surrounding Benthic Ecosystem
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摘要在肠道相关的共生关系中，微生物在塑造宿主的栖息地和饮食偏好方面起着关键作用。在潮间带沉积食性多毛类中，肠道微生物群落受水体和沉积物生物群落的共同影响。本研究比较了Perinereis sp. 肠道微生物群落的代谢特征与其周围环境微生物组。在48小时培养期内，肠道微生物对胺
摘要
在肠道相关的共生关系中，微生物在塑造宿主的栖息地和饮食偏好方面起着关键作用。在潮间带沉积食性多毛类中，肠道微生物群落受水体和沉积物生物群落的共同影响。本研究比较了Perinereis sp. 肠道微生物群落的代谢特征与其周围环境微生物组。在48小时培养期内，肠道微生物对胺类、氨基酸和碳水化合物底物的有效利用十分显著。此外，在第120小时培养时，孔板颜色发展的平均值达到了0.54。较低的基尼系数（0.332）表明，肠道中存在具有多样化代谢途径的底物泛化型群落。多层次模式分析揭示了肠道微生物和沉积物微生物共同利用的一些重要底物。相似性百分比显示肠道微生物与其沉积物之间的最大相似性（64.1%），这可能归因于其沉积食性特征和饮食偏好。此外，本研究采用广义加性模型研究了不同微生物群落对碳类群时间依赖性利用的非线性趋势。总体结果表明，在利用模式上存在功能重叠，这可能在保持独特群落结构的同时解释了多毛类肠道微生物组与环境微生物组之间的功能相似性。利用多种底物的能力表明肠道微生物具有高度代谢可塑性，这有助于宿主在有机质丰富的泥滩上生存。此外，底物利用的重叠表明，共同的环境因素驱动了肠道与沉积物微生物之间的生态相似性。
引言
在海洋生态系统中，潮间带生物在水体和沉积物微生物的直接影响下生存和进化。在广义尺度上，海洋微生物不仅以浮游状态存在，还与大型无脊椎动物形成共生关系（Apprill 2017, Pita et al. 2018）。与脊椎动物不同，对海洋无脊椎动物宿主-微生物相互作用的理解仍然有限（Peterson and Osvatic 2018）。根据Lederberg和McCray（2001）对微生物组的定义，"微生物组是指存在于某一栖息地中或与之相关联的生物群落，包括活跃或相互作用的成员以及短暂或不活跃的成员"。肠道相关微生物组在影响宿主饮食偏好方面发挥着至关重要的作用，并有助于更广泛的沉积物-微生物群落形成（Dale et al. 2019）。由于微生物无处不在，它们以各种方式与海洋生物生命相互作用，这种相互作用在支持和影响宿主生态方面发挥着重要作用（Akter et al. 2023）。肠道相关微生物组在各种生态系统过程中发挥着关键作用（Feckler et al. 2025）。沉积物微生物群落能够为与其共存的动物居民创造营养丰富的觅食栖息地。这些微生物还可以作为底栖无脊椎动物的共生体，帮助它们利用有机碎屑和贫营养环境（Beam et al. 2020）。因此，沉积物中的底栖大型底栖动物对整体生物地球化学过程进行自上而下的控制。通过生物扰动和生物灌溉，它们向深层输送氧气、营养物质和有机质。这些洞穴还作为微生物群落的热区，介导底栖-浮游生态系统功能（Griffiths et al. 2017）。此类大型无脊椎动物（如多毛类）与海岸沉积物中多样的微生物群落建立宏观生物-微生物关系，并调控底物利用。多毛类环节动物作为优势类群之一，对总大型底栖群落贡献约80%。它们的饮食包括微生物（真菌、原生生物、微藻和细菌）和有机物质。宿主相关微生物组主要栖息于肠道中，在各种生态过程中发挥重要作用，但一直受到相对较少的关注（Feckler et al. 2025）。无脊椎动物肠道微生物的结构和功能受饮食、环境因素和发育阶段的强烈影响（Li et al. 2018, Lafuente et al. 2023）。宿主肠道由一个持久的核心微生物组和短暂的特定生态位群落组成，后者由饮食、环境条件和系统发育关系所塑造（Buschi et al. 2023）。微生物的获取可能通过垂直传播和从周围环境水平招募两种途径实现（Gobet et al. 2018）。因此，研究生态学相关物种中的宿主-微生物组相互作用可以作为了解其环境相互作用的代理。为了了解不同微生物群落对环境的作用，了解其功能多样性至关重要，这可以通过代谢表现来衡量。在此背景下，Biolog EcoPlate?被开发用于通过细菌群落对单一碳源的同化代谢模式来快速鉴定其功能（Garland 1997）。碳利用的特征性模式也可以被视为群落结构的代谢指纹。EcoPlate是一种低成本、便捷、快速且有效的技术，用于研究环境中的功能（生理）多样性，并提供关于群落水平生理特征图谱（CLPP）的信息（Lehman et al. 1995）。它被开发用于评估群落稳定性并检测由环境干扰引起的功能变化（Gryta et al. 2014）。已有许多研究报告了CLPP如何揭示微生物在各种暴露条件下的表现（Muniz et al. 2014, Németh et al. 2021）。多毛类作为底栖生态系统中有机质富集的生物指标，始终在底栖监测和生态毒理学研究中发挥着重要作用（Medeiros Aguiar et al. 2023）。尽管了解其肠道微生物潜力是一个新兴研究领域，目前已有有限的调查报道（Wang et al. 2020, Priscilla et al. 2022, Zhao et al. 2024, Bhowmik et al. 2025b, Thathola et al. 2026），它们已经揭示了降解有机污染物和聚合物的显著证据。
沿海泥滩被认为是重要的生态功能区，并以其高度复杂的生态系统网络而闻名。它们是连接陆地和海洋领域物质转运的最活跃和最具动态性的环境，对物质转运有重大贡献。微生物是潮间带系统的重要组成部分，它们在能量流动、营养循环和有机质降解中起着关键作用（Yang et al. 2019）。沿海地区的人类活动对塑造微生物群落有着显著影响。位于印度西海岸的坎贝湾（GoKh）沿岸形成了最大的潮间带泥滩。由于其潮汐活跃，该泥滩接收大量的陆源物质，并伴有沉积物中的有机负荷。该泥滩既是污染物的潜在汇，也是有机质的沉积中心（Thathola et al. 2025）。碎屑食性生物如多毛类是该泥滩的主要大型无脊椎动物，并对胁迫环境进行了显著适应。然而，肠道微生物群落与其周围环境基质之间的关系完全未知。多毛类作为沉积食者，摄取大量沉积物物质，但微生物交换中存在强烈的选择性过滤。这种过滤使选择性环境微生物得以在肠道中存活和定殖，并允许其共存（Li et al. 2019）。这表明肠道群落与周围环境中群落之间存在生态相似性，它们的功能重叠表明两种微生物群落都受到相似环境信号的塑造（Broman et al. 2022）。根据文献综述，目前尚无研究比较来自潮间带系统的多毛类肠道与其周围微生物组的代谢特征。在此背景下，本研究旨在（1）了解多毛类肠道细菌群落的代谢特征，并（2）将其与周围沉积物和水体中的细菌群落进行比较，以发现代谢相似性。
章节摘要
研究区域与样品采集
本研究选择了位于印度西海岸的坎贝湾潮间带泥滩作为研究区域。本次研究选择了三块不同的泥滩（图1，补充材料ST1）。所选站位由于其地理位置和人类活动的影响而表现出栖息地异质性。站点1位于坎贝湾北端，受各种河口径流的强烈影响。站点2受人类活动影响相对较小，
平均孔板颜色发展与不同碳类群的利用
平均孔板颜色发展值（AWCD）是衡量底物利用速率的指标，反映了细菌群落的生理特征。每个孔的颜色发展（SWCD）与活跃呼吸细胞的密度比总细菌密度相关性更好（Garland 1996）。在本研究中，水体、沉积物和肠道群落在底物利用方面表现出不同的模式，这反映在随时间变化的孔板颜色发展中（图2）。肠道微生物
通过代谢干预研究肠道相关微生物的功能多样性
肠道相关微生物组对宿主具有生态和进化意义，因为它是环境暴露与生物反应之间的重要界面（Hou et al. 2025）。根据最优消化理论，消化反应可以通过酶促反应或自催化、微生物调控的途径发生（Peny and Jumars 1986, 1987）。沉积食性多毛类拥有复杂的分室化肠道，这可以归因于
结论
研究多毛类肠道细菌群落及其底物利用模式可以作为功能生态学和環境微生物学之间的联系桥梁。在本研究中，CLPP被用作衡量微生物群落多样性的有效代理指标，通过其功能即不同碳底物的利用来进行评估。这最终使本研究对于所涉及的栖息地视角具有重要意义。在
CRediT作者贡献声明
S Haldar：撰写 – 审稿与编辑，监督，调查研究，获取资金，概念构思。Sweta Jaiswal：方法论，调查研究，数据管理。Moumita Bhowmik：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿撰写，可视化，验证，软件，方法论，调查研究，形式分析，数据管理，概念构思
未引用参考文献
Bhowmik et al., 2026; Lafuente et al., 2026; Lau et al., 2002; Lesser et al., 2016; LeyR et al., 2006; Medeiros et al., 2023; Penry and Jumars, 1990; Penry and Jumars, 1986; Penry and Jumars, 1987; Ren and Manefield, 2025; Wood, 2008; Yang et al., 2020.
利益冲突声明
? 作者声明，他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
作者感谢CSIR-HRDG高级研究学者（直接资助）的资助。感谢CSIR-CSMCRI分子生物技术部门在研究期间提供的微孔板读数设施。本稿件已分配PRIS编号CSMCRI-XX/XXXX
Moumita Bhowmik|Sweta Jaiswal|Soumya Haldar
