野生非洲狮肠道微生物组的首次全面宏基因组分析：新物种发现与嘌呤代谢功能解析

《Animal Microbiome》：The gut microbiome profile of lions in Etosha National Park, Namibia

　　

摘要

背景

肠道微生物组在食肉动物的生态、饮食和健康中起着至关重要的作用，但在非洲狮（Panthera leo melanochaita）中仍缺乏充分研究。此前对狮肠道微生物组的研究主要集中于少量圈养个体，这些个体多源自亚洲，且处于受控饮食条件下，研究发现其优势门为梭杆菌门（Fusobacteriota）和厚壁菌门（Firmicutes）。近年来的一些文献已开始描述野生非洲狮的微生物组组成；然而，针对野生非洲狮肠道微生物组的基因组分辨率分析和详细的功能特征化研究仍然缺乏。

结果

我们首次对自由生活的非洲狮肠道微生物组进行了全面分析，包括通过对纳米比亚埃托沙国家公园20个个体中采集的23份新鲜粪便样本进行测序分析，产生了新的宏基因组组装基因组（MAGs）。非洲狮肠道微生物组以拟杆菌属（Bacteroides，22.1%）和海肠科杆菌属（Phocaeicola，13.3%）——两个相关属——为优势类群，这与以往对圈养狮的研究形成鲜明对比，后者以梭杆菌属（Fusobacterium）或芽孢杆菌纲（Bacillota）为主。这种差异可能反映了饮食差异、圈养效应以及可能的地理隔离。虽然近期的研究已开始表征野生非洲狮的税务组成，但本研究通过结合短读长和长读长测序数据，重建了318个细菌MAGs和102个病毒MAGs，进一步扩展了这些发现。大多数MAGs与现有参考基因组的平均核苷酸一致性低于95%，表明这些主要是新物种。将这些MAGs补充到GTDB数据库中后，未分类的测序读长从24.5%降至4.5%，揭示了现有食肉动物肠道微生物组数据库中的大量空白。功能分析揭示了代谢通路的富集，尤其是嘌呤代谢通路——这对处理狮类的高嘌呤饮食至关重要——包括将腺嘌呤和鸟嘌呤降解为尿素的近乎完整的代谢通路。

结论

本研究首次深入描述了非洲狮肠道微生物组中的微生物类群。拟杆菌科（Bacteroidaceae）中的属为优势类群，这与在高蛋白饮食下观察到的其他群猎食肉动物的模式一致，尽管不同狮群和研究环境（包括来自同一生态系统的平行研究）之间仍存在显著差异。超过300个新发现MAGs的发现显著扩展了微生物参考数据库，并凸显了顶级食肉动物微生物组的独特性和研究不足的性质。这些发现揭示了微生物对食肉动物营养的关键贡献，并为基于微生物组的野生动物健康监测和受威胁狮类种群的保育管理奠定了科学基础。