仓鸮（Tyto javanica javanica）反吐食团的宏基因组学剖析揭示稻田农业生态系统中空间结构化的环境微生物群落

《Ecology and Evolution》：Metagenomic Profiling of Barn Owl (Tyto javanica javanica) Regurgitated Pellets Reveals Spatially Structured Environmental Microbiota in Paddy Agroecosystems

　　

热带仓鸮（Tyto javanica javanica）是稻田中主要的啮齿动物生物防治因子。虽然猛禽常被监测人兽共患病，但它们也可能促进有益微生物的再分配。本研究评估了仓鸮反吐食团中的细菌群落，以评估其作为环境生物传感器和微生物传播载体的作用。研究人员在生长季从三个稻田地点收集了90个新鲜食团。样本进行了细菌计数和通过Illumina MiSeq平台对16^S rRNA V3-V4区域的宏基因组测序。结果揭示了不同地点间细菌群落的显著空间差异（PERMANOVA，F_{(2, 87)}=3.14，p<0.05）。厚壁菌门（Firmicutes）占28.1%–63.2%，变形菌门（Proteobacteria）占17.7%–45.6%，在所有地点占优势。值得注意的是，Sporosarcina sp.，以环境友好型生物胶结和土壤改良而闻名，在所有地点高度丰富（高达40.6%）。在AV地点，Escherichia sp.的高丰度（32.1%）强调了食团捕获短暂的环境和猎物来源的大肠菌群的能力。最终，这些食团作为捕获局部微生物群的关键环境代理。这支持了仓鸮对微生物生态再分配的贡献远大于疾病传播的观点，提供了宝贵的农业生态服务。

热带仓鸮（Tyto javanica javanica）是稻田生态系统中重要的夜间猛禽，以啮齿动物为主要猎物，被广泛用作生物防治因子。微生物群落在鸟类肠道内受到宿主遗传、年龄、环境和饮食等多种因素影响，其中饮食是调控细菌组成的关键因素。尽管已有研究关注猛禽可能携带人兽共患病病原的风险，但鸟类同样可能作为有益微生物的储存库，参与生物施肥、生物修复和环境生物防治。然而，关于热带稻田农业生态系统中该物种相关细菌多样性的认识仍存在明显空白。为此，本研究旨在表征活跃稻田生长季中仓鸮反吐食团（regurgitated pellets）的细菌群落组成与多样性，以评估其传播有害微生物的潜力及其在有益微生物生态再分配中的更广泛作用。

研究人员于2024年4月至6月的稻田生长季期间，在马来西亚槟城（Pulau Pinang）三个稻田采样点，即Permatang Tinggi（AV；5.545551°N, 100.436565°E）、Kampong Bumbung Lima（BL；5.552876°N, 100.438796°E）和Paya Keladi（JK；5.539965°N, 100.452338°E），共采集了90个野生仓鸮新鲜反吐食团，每个采样点各30个。通过细菌活菌计数和16S rRNA宏基因组测序，揭示了食团中的细菌群落结构。结果表明，不同采样点间的细菌群落存在显著空间差异（PERMANOVA，F_{(2, 87)}=3.14，p<0.05），优势菌门为厚壁菌门（Firmicutes，28.1%–63.2%）和变形菌门（Proteobacteria，17.7%–45.6%）。值得注意的是，具有环境友好型生物胶结和土壤改良功能的Sporosarcina sp.在所有采样点均高度丰富，最高达40.6%。同时，在AV点检测到高丰度的Escherichia sp.（32.1%），反映了食团能够捕获短暂的环境及猎物来源的大肠菌群。这些发现支持仓鸮在微生物生态再分配方面的贡献可能远大于其传播疾病的风险，凸显了其重要的农业生态服务价值。

在技术方法上，研究人员将采集的食团样品进行系列稀释后，分别涂布于营养琼脂（nutrient agar, NA）、伊红美蓝琼脂（eosin methylene blue agar, EMB）和硫代硫酸盐柠檬酸盐胆盐蔗糖琼脂（thiosulphate citrate bile salts sucrose agar, TCBS）三种培养基，在30°C培养24小时后统计平均总活菌数（total viable count, TVC）。宏基因组分析方面，使用SPINeasy DNA提取试剂盒从食团中提取总DNA，随后通过Illumina MiSeq平台对16S rRNA基因的V3-V4区进行测序。原始数据经DADA2流程进行质量修剪、降噪并生成扩增子序列变体（amplicon sequence variant, ASV）表，分类学注释基于SILVA数据库，系统发育树采用MUSCLE和FastTree2构建，群落β多样性通过基于Bray-Curtis不相似性矩阵的多维尺度分析（multidimensional scaling, MDS）和PERMANOVA进行统计检验。

研究结果部分包含三个方面的发现。3.1 细菌计数：AV位点食团中的可培养细菌丰度在NA和EMB培养基上均高于BL和JK位点，平均总活菌数在NA上为6.89 Log₁₀ CFU/mL，在EMB上为5.62 Log₁₀ CFU/mL，在TCBS上为2.77 Log₁₀ CFU/mL；BL位点在NA和EMB上最低，JK位点在TCBS上最低，表明不同地点可培养细菌数量存在差异。3.2 细菌群落的分类组成：宏基因组分析共获得262,707个操作分类单元（operational taxonomic unit, OTU）。门水平上，Firmicutes在所有地点均最丰富，AV占63.2%、JK占53.2%、BL占28.1%；Proteobacteria为第二优势门，AV占34.3%、JK占45.6%、BL占17.7%；BL位点的放线菌门（Actinobacteriota，26.9%）和拟杆菌门（Bacteroidota，21.9%）相对丰度显著高于其他两个地点。属水平上，AV位点以Escherichia sp.（32.1%）为最优势属，其次为Sporosarcina sp.（20.5%）和Enterococcus sp.（20.2%）；BL位点以Sporosarcina sp.（18.1%）为主，其次为Brevibacterium sp.（13.6%）和Virgibacillus sp.（12.4%）；JK位点Sporosarcina sp.占绝对优势（40.6%），其次为Providencia sp.（20.6%）和Escherichia sp.（14.0%）。3.3 细菌群落多样性：基于16S rRNA Illumina测序数据的MDS图显示，三个采样点的细菌群落呈现明显的空间分离；Bray-Curtis不相似性分析结合PERMANOVA结果表明，采样点之间的细菌群落差异具有统计学显著性（F_{(2, 87)}=3.14，R²=0.067，p<0.05）。

在讨论部分，研究人员指出，分子方法尤其是下一代测序大幅扩展了对鸟类细菌群落的研究能力，克服了培养依赖方法难以鉴定不可培养细菌的局限。本研究中仓鸮食团细菌群落的主要优势菌门与许多鸟类肠道常见菌群一致。由于细菌群落高度动态且受环境条件和地理位置影响，AV、BL和JK位点间的差异表明反吐食团可作为反映猛禽上消化道及局部农业环境状况的稳健生物传感器。关于Escherichia sp.高丰度的现象，研究人员认为这很可能来源于仓鸮摄入猎物和接触环境粪便所得的短暂环境信号，而非稳定感染；尽管从职业健康角度建议农民在接触食团时保持卫生，但这并不一定意味着直接的人兽共患病传播威胁。相反，Sporosarcina sp.等有益微生物的普遍存在支持仓鸮作为环境富集媒介的生态角色——当食团在陆地生态系统中降解时，其中携带的细菌群落回归环境，有助于维持局部细菌多样性和土壤养分循环。研究也承认存在局限性：反吐食团本质上是间接样本，混合了宿主上消化道微生物与猎物未消化微生物，未来研究应通过配对采集食团、真正粪便和土壤样品，以明确稻田生态系统中微生物群落的定向转移路径。

本研究得出的结论是：该研究强调了稻田环境中热带仓鸮反吐食团相关细菌群落的显著多样性和空间动态。微生物群落主要由有益和环境来源的微生物组成，Sporosarcina sp.在所有采样点的高度丰富尤为突出。尽管在特定地点检测到较高丰度的条件性机会菌如Escherichia sp.，但其存在主要反映了仓鸮的环境和饮食摄入，而非系统性人兽共患病威胁。最终，本研究所揭示的总体微生物模式支持仓鸮作为环境微生物再分配和土壤富集的重要贡献者，从而增强了其在农业啮齿动物控制既定角色之外的生态价值。