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张泽伟 1,2 王思雨2 李国梁2*
(1 河北大学生命科学学院,保定 071002)
(2 江西农业大学林学院,南昌 330045)
摘要:
肠道微生物在宿主生理功能及生态适应中发挥了关键作用,探究不同生境类型及季节变化对其结构的影响,对于揭示宿主–微生物互作机制具有重要科学意义。本研究采集了夏季野外(FWS)、冬季野外(FWW)以及夏季室内(FIS)条件下布氏田鼠(Lasiopodomys brandtii)的粪便样品,并基于16S rRNA基因的扩增子测序分析其肠道微生物的组成、共现网络、组装机制及预测代谢功能。结果表明,季节变化与生境类型均能显著塑造布氏田鼠的肠道微生物,且季节因素的影响更为显著。在生境对比方面,野外夏季个体(FWS)由于高异质性的食物摄入及复杂的环境刺激,其肠道微生物的α多样性和共现网络复杂度显著高于室内夏季个体(FIS),其群落组装主要受确定性过程驱动(同质选择占比77.8%),而长期处于恒定环境下的室内个体其网络结构趋于松散,组装模式向随机性过程(占71.1%)转变。在季节对比方面,冬季野外个体(FWW)的菌群多样性降至最低,且核心菌群结构发生剧烈重构:厚壁菌门(Firmicutes)等菌群相对丰度大幅降低,而拟杆菌门(Bacteroidota,主要为Muribaculaceae属)爆发式升高,导致F/B比值大幅下降。尽管冬季菌群网络规模收缩,但其局部聚集度(聚类系数)和关键节点的重要度显著增加,拮抗竞争加剧。此外,群落组装机制分析显示,从夏季到冬季环境定向选择压力减弱,生态漂变等随机过程的相对贡献有所增加。功能预测表明,冬季极寒和食物匮乏对菌群的基础代谢和三羧酸循环(TCA循环)产生了广泛的抑制作用,但靶向激活了D-阿拉伯糖和乙醇酸代谢等特殊降解通路以维持宿主能量稳态;而野外环境相比室内则诱导了菌群在细胞膜/壁合成及特定氨基酸降解等细胞防御与多元营养利用上的代谢潜能。本研究系统揭示了布氏田鼠肠道微生物在极端资源及环境压力下的结构重组与功能同步谱系重塑,为深入理解野生动物的生态适应策略和宿主–微生物互作关系提供了重要依据。