海拔对两栖动物共生微生物（体表和肠道微生物）的影响
共生微生物在宿主的营养摄入、生长发育、个体健康和疾病免疫中起着重要作用。并且，在近几年的研究中共生微生物（如肠道、皮肤微生物等）与环境因素（如海拔、温度）之间潜在的协同进化是微生物生态学的基本问题之一。研究指出，不同海拔下动物共生微生物（体表和肠道微生物）在菌群组成以及结构上出现明显差异。此外，海拔还可以降低宿主的组成多样性。目前的研究主要侧重兽类、哺乳类和鸟类，而关于两栖类的研究偏少。鉴于这个有趣的科学问题（宿主及其共生微生物的协同进化），我们利用高通量测序技术（细菌16S核糖体基因的MISEQ技术）对不同海拔地区的野生两栖类的共生微生物（体表和肠道）进行了研究，以期提供一些基础资料，丰富该研究内容。 （1）在低海拔地区，我们于2018年5月份在乐山选取了7个采样位点，海拔范围为：360-446米，采集两栖动物5种：中华蟾蜍（Bufogargarizans）、饰纹姬蛙（Microhylafissipes）、黑斑侧褶蛙（Pelophylaxnigromaculata）、峨眉林蛙（Ranaomeimontis）和泽陆蛙（Fejervaryalimnocharis），共获得155份微生物样本（包括，体表、肠道、水体和土壤微生物）。结果显示：低海拔不同物种主要是由：拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）其次是变形菌门（Proteobacteria）组成。不同物种间体表和肠道微生物在一些细菌组成（如，拟杆菌门、拟杆菌属和柠檬酸细菌属）、α多样性（Chao1指数）上均存在显著性差异；这种现象可能是由于本次实验选取的5个两栖物种存在一定的遗传距离所造成。此外，我们从7个地点上进行统计分析，发现不同地点间菌群组成整体上相似性高，这有可能是由于不同采样点之间生境相似所造成。 （2）在高海拔地区，我们于2018年7月份在康定力丘河流域选取了3个采样位点，海拔海拔范围为：3340-3989米，采集两栖动物5种：中华蟾蜍（Bufogargarizans）、西藏齿突蟾（Scutigerboulengeri）、西藏山溪鲵（Batrachuperustibetanus）、康定湍蛙（Amolopsxinduqiao）和倭蛙（Nanoranapleskei），共获得46份微生物样本（包括，体表、肠道、水体和土壤微生物）。结果显示：高海拔不同物种间主要菌群是由：拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）其次是变形菌门（Proteobacteria）组成。此外，我们发现高海拔共生微生物（体表和肠道）在菌群组成和α多样性差异很小，尤其是体表微生物。因此我们推测：这有可能是由于高海拔两栖物种体表微生物直接暴露于环境中，易受环境胁迫而造成相似的特征。 （3）我们将低海拔和高海拔地区共生微生物进行比较后发现了几个有趣的现象。a.特殊的共生微生物群可能反映了高原环境的选择：我们在高海拔体表微生物中发现了几种生活在极端环境的细菌，如盐单胞菌科（Halomonadaceae）、柄杆菌科（Caulobacteraceae）和鞘脂菌科（Sphingomonadaceae）等。并且这些细菌大多生活在水体中。所以，这些细菌的存在反应了高海拔极端环境对两栖动物体表菌群组成的选择性；b.高海拔选择可能导致共生微生物群α和β多样性的降低：在我们的研究中，高海拔体表和肠道观测到的OTU个数（observedOTUnumbers）都显著性小于低海拔，这个结果刚好与前人研究表现出一致性。因此我们推测，高海拔地区特殊环境代表着一种自然选择力对动物的共生微生物产生影响；c.共生菌的特殊表型可能反映了高原环境的适应性:我们发现高海拔共生微生物拥有较低的氧化酶抗逆性（oxidasestresstolerance）和治病潜力（potentiallypathogenic）以及较高丰度的能量代谢。而且，高海拔体表微生物还拥有较高比例的生物膜形成（biofilmformation），可以帮助高海拔两栖类适应低温低氧的极端环境，但这一现象在高海拔肠道中却未发现；d.体表和肠道微生物群落具有不同的生态位:两栖动物体表和肠道微生物生活在不同部位，呈现着不同的生态位和微生物群落。但是它们由于生活在同一个环境，会产生一些共同的特征，如较低的氧化酶抗逆性和治病潜力等。 总体来看：海拔对两栖动物的共生微生物具有显著影响，尤其是在体表微生物中。高海拔环境可能是一种潜在的选择压力，导致这些共生微生物的α和β多样性降低。高海拔两栖动物中丰富的微生物群落可能反映了高原环境的选择性。虽然在高海拔环境下，体表和肠道微生物的结构不同，但它们可能共同进化成一些趋同的特征或功能（如，较低的低氧化酶耐受性和潜在致病性以及较高的能量代谢）。这些特征可能与寄主的健康有关，有助于宿主适应高原生活。在不同的生境中，动物与它们的共生微生物之间的相互作用是复杂的。在未来，对野生物种间这种相互作用的理解将更多地被认为是生态因素（如，生境选择、生活史和喂养行为）。
两栖动物;海拔高度;肠道微生物;体表微生物;协同进化
南京师范大学
硕士
生态学
朱立峰;江建平
2019
中文
Q958
2020-04-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）