小型哺乳动物胃部微生物菌群的比较研究

论文摘要

胃肠道微生物群组成被称为是动物演化的第二套基因组,在能量代谢、免疫调节、防御病原入侵等方面都发挥着重要的作用。一般的常识认为脊椎动物的胃是由口腔摄入微生物群最强大的屏障,甚至有人认为在这种强酸的环境下,很少有微生物群能够存活,因此是一种近似无菌的环境。然而,近期的研究揭示健康的人胃部微生物群具有高度的多样性,厚壁菌门、放线菌门、拟杆菌门和变形杆菌门是人类胃部菌群门级的主要组成成员,而最具代表性的属为乳酸菌、链球菌和丙酸杆菌（Lactobacillus,Streptococcus Propionibacterium）。然而,对其它哺乳动物胃部菌群组成却少有研究。哺乳动物在演化的过程中发生了多次由陆生环境到水生环境的生态转移和食性的转移,在这些重要的生物学和生态学习性转移的过程中,胃部作为食物进入消化系统的第一站,其内部的微生物群有怎样的适应性改变亟待揭示。近年来,高通量测序技术的发展逐渐替代基于传统培养基的技术成为研究以上科学问题的主要手段。在本研究中,我们利用高通量测序技术,选择哺乳动物食虫目,这一现生类群最原始的分类单元中具有不同生态学习性的代表物种进行对比研究,并与啮齿目动物最原始的类群进行比较,旨在揭示小型哺乳动物重要生态转移的过程中（陆生到半水生,肉食到植食）,胃部微生物群组成的适应性改变。研究的代表物种包括食虫目的灰麝鼩Crocidura attenuata（Milne-Edwards,1872）、四川短尾鼩Anourosorex squamipes（Milne-Edwards,1872）、长吻鼩鼹Uropsilus gracilis（Thomas,1911）、喜马拉雅水鼩Chimarrogale leander（Gray,1842）和啮齿目刺山鼠科猪尾鼠Typhlomys cinereus（Milne-Edwards,1877）。灰麝鼩分布于低地雨林、竹林、草本植被、灌丛和山地森林,最高分布海拔可接近3000m,为地表栖息种类;四川短尾鼩活动范围在海拔3003000m的山地,包括亚热带森林,从落叶混交林到针叶林以及林木带以上到高山苔原,为半地栖的类群,掘土能力强;长吻鼩鼹常见于山地森林、林缘灌丛以及草地;喜马拉雅水鼩栖息在海拔2502000m流经绿林的清澈溪河中;猪尾鼠分布在海拔3601570m的亚热带森林,是啮齿目现生类群中最为古老的现生种之一,主要在岩洞生活。这些物种展现出了显著的生态分化。此外,食虫目在演化的过程中发生了多次由陆生环境到水生环境的生态转移,在这些重要的生态学习性转移的过程中,胃部微生物菌群有怎样的适应性改变则亟待揭示。针对上述研究的不足,本论文结合系统生物学、微生物学、生物信息学等进行探究,探讨了灰麝鼩、短尾鼩、鼩鼹、喜马拉雅水鼩及猪尾鼠种间胃部微生物的组成、多样性及功能的异同,以及不同生态型对小型哺乳动物胃部微生物的影响,并取得了一定的成果。针对上述科学问题,本研究基于16S rDNA扩增子测序技术对灰麝鼩、四川短尾鼩、长吻鼩鼹、喜马拉雅水鼩和猪尾鼠胃部微生物多样性和物种组间差异进行了研究。测序共得到了大约843MB的数据产出,其中有效数据达到了95.7%以上。使用RDP classifier进行分类学分析,所有的序列可以归为23个门,36个纲,69个目,158个科,396个属,606个种。最主要的8个门是变形菌门（Proteobacteria,34.1%）、厚壁菌门（Firmicutes,29.7%）、蓝藻菌门（Cyanobacteria,0.4%）、拟杆菌门（Bacteroidetes,17.5%）、放线菌门（Actinobacteria,6.4%）、梭杆菌门（Fusobacteria,0.7%）、衣原体门（Chlamydiae,0.1%）、酸杆菌门（Acidobacteria,2.4%）。结果表明,这些物种在菌群组成的alpha多样性方面存在显著差异,此外,其beta多样性也存在显著性差异,组间遗传结构组成存在差异,猪尾鼠与其他四组结构组成相距较远,组间生态位结构组成也存在差异,喜马拉雅水鼩与同目其他三个物种相比距离较远。在门水平,各组样品相对丰度显著不同的有变形菌门、拟杆菌门、蓝藻门和厚壁菌门。此外,我们利用PICRUSt（phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states）对微生物的功能进行预测。结果显示,所有样品组的微生物执行的主要功能基本一致,主要有遗传信息处理基因、环境信息处理基因、新陈代谢基因、生物系统基因、人类疾病基因、细胞过程基因,而这些菌群在新陈代谢方面发挥的作用最大。研究结果主要基于16S rDNA测序数据进行推测。菌群之间真实的相互作用以及功能执行,还需要功能基因组学等其他生物技术进行精准解析。本文对小型哺乳动物胃部微生物基本组成及影响因素研究,为揭示胃部微生物在遗传及生态位转移的适应过程中的作用提供了重要参考。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 引言
•   1.1 哺乳动物胃肠道微生物群研究概述
•   1.2 研究物种简介
•   1.3 研究方法概述
•   1.4 亟待解决的科学问题
• 第二章 材料与方法
•   2.1 实验方法
•   2.2 测序数据处理
•   2.3 OTU分析和物种注释
•   2.4 样品复杂度分析
•   2.5 多样品比较分析
•   2.6 功能预测
• 第三章 结果
•   3.1 DNA提取及测序结果
•   3.2 基于OTU的胃部微生物分析结果
•   3.3 多样品比较分析结果
•   3.4 微生物功能性预测
• 第四章 讨论
•   4.1 胃部微生物组成及多样性分析
•   4.2 胃部微生物组间差异分析
•   4.3 胃部微生物功能预测
•   4.4 总结及未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间取得的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李飞虹

导师: 葛德燕,张锋

关键词: 扩增子,食虫目,猪尾鼠,胃肠道,微生物,生物信息学

来源: 河北大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,畜牧与动物医学

单位: 河北大学

分类号: S852.6

DOI: 10.27103/d.cnki.ghebu.2019.000054

总页数: 64

文件大小: 5372K

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