饮食组别对非洲野生哺乳动物肠道菌群组成与多样性的影响研究

《Animal Microbiome》：Dietary ecology structures gut microbiome assembly in sympatric wild mammals from Kruger National Park, South Africa

　　

摘要

背景

肠道微生物组在宿主健康中发挥着关键作用，但非洲野生哺乳动物的肠道微生物组成研究仍不充分。本研究探讨了不同饮食组（食肉动物、非反刍动物和反刍草食动物）如何影响南非克鲁格国家公园中共存的野生哺乳动物的肠道菌群组成和多样性。

结果

经质量过滤后，共纳入89个样本（食肉动物：n?=?31；非反刍动物：n?=?37；反刍动物：n?=?21）。肠道微生物群落按饮食组呈现强烈聚类（加权：伪F?=?27.76，p?=?0.0001），组内物种水平差异较小但具有统计学意义。随机森林分类准确区分了各饮食组（准确率为93%），其中有六个样本在β多样性分析中表现出非典型聚类。非反刍动物显示出最高的α多样性（Shannon指数：中位数6.89 [四分位距 6.53–7.08]；Faith's PD：18.02 [15.25–20.43]），其次是反刍动物和食肉动物（均p?<?0.001）。分类学分析揭示了各组的特异性标志。食肉动物以梭杆菌科、梭菌科和厌氧链球菌科为主导。反刍动物和非反刍动物均含有高水平的纤维降解细菌，如RIKENelle科和振波螺科，而非反刍动物还富集了螺旋体科和p-251-o5，反映了后肠发酵策略。使用PICRUSt2进行的功能预测分析揭示了代谢通路的富集情况，其中食肉动物富集了氨基酸合成和降解通路。相比之下，反刍动物在支链氨基酸和色氨酸合成方面富集，而非反刍动物则在有氧呼吸、TCA循环和L-亮氨酸降解通路方面富集。关键物种比较区分了黑犀牛与白犀牛以及斑鬣狗与其他食肉动物，与饮食驱动的代谢特化一致。物种水平差异在科和属水平上均有体现，变量重要性分析鉴定了关键的预测类群。

结论

饮食对肠道菌群组成和多样性有强烈影响，草食动物的菌群比食肉动物更为丰富和复杂。在草食动物中，非反刍动物的多样性高于反刍动物，这可能与它们多样化且特化程度较低的后肠发酵有关。这些发现推进了我们对野生动物微生物组的理解，并为未来非洲生态系统中的保护和健康监测奠定了基础。