高通量测序分析小头裸裂尻鱼皮肤和肠道的微生物多样性

【目的】解析小头裸裂尻鱼不同部位的微生物群落结构、物种组成、多样性特征以及菌群功能差异。【方法】通过Illumina MiSeq扩增子高通量测序,分析小头裸裂尻鱼皮肤黏膜、肠道黏膜和肠道内容物3个部位微生物菌群组成差异,并通过Tax4Fun预测菌群潜在功能。【结果】皮肤黏膜微生物α多样性最高,其Shannon指数显著高于肠道黏膜(P<0.05)和肠道内容物(P<0.001)。主坐标分析表明,皮肤黏膜微生物显著区别于其他2个部位。在门水平小头裸裂尻鱼3个部位相对丰度前五的微生物类群均为放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)和蓝藻门(Cyanobacteria),其中肠道内容物中放线菌门相对丰度(46.53%)显著高于肠道黏膜(29.23%,P<0.05)和皮肤黏膜(25.83%,P<0.01);肠道黏膜中变形菌门的相对丰度(40.33%)显著高于肠道内容物(26.10%,P<0.05)。对各部位相对丰度前10的菌群进行分析发现,小头裸裂尻鱼皮肤黏...     

秦岭石生苔藓结皮的微生物群落组成和多样性特征北大核心CSCD

苔藓结皮是地表重要的活性覆盖物,具有改善土壤性状、固土持水、固碳固氮等多种生态功能,微生物群落是苔藓结皮发挥生态功能的主要成分。为了探究湿润区石生苔藓结皮的微生物群落组成及其多样性特征,揭示其发育形成机制以及功能机理,该研究以秦岭北麓的泥峪、车峪、骆峪5个样地的石生苔藓结皮为研究对象,利用高通量测序技术,分析了石生苔藓结皮层的微生物群落组成、丰度、多样性,并测定分析养分与微生物群落的关系,为裸露岩石创面的生态修复提供理论依据。结果表明:(1)秦岭石生苔藓结皮层的全氮和有机质含量在4.16~8.26 g/kg、89.44~131.05 g/kg之间,且样点间均差异显著;全磷和全钾含量较低,分别为0.88~1.21 g/kg和13.50~18.10 g/kg。(2)秦岭石生苔藓结皮层中细菌占微生物群落组成的80%以上,且细菌的多样性也远高于真菌;其中细菌优势菌群为变形菌门(Proteobateria)、拟杆菌门(Bateroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria),真菌优势菌群为子囊菌门(Ascomycota)和被孢霉菌门(Mortierellomycota)。(3)冗余分析(RDA)显示,全钾和有机质对优势细菌群落结构影响显著,变形菌和拟杆菌适宜生活在湿度大、营养状况良好的基质中;全磷和有机质对优势真菌群落结构影响显著,被孢霉菌门在低磷基质中更具生长优势。研究发现,细菌是秦岭石生苔藓结皮层的优势菌群,与旱区土生状况相比,秦岭石生苔藓结皮层的放线菌和酸杆菌的含量有所下降,而拟杆菌含量显著增加;对于真菌而言,子囊菌门和担子菌门的相对丰度明显减少,被孢菌门丰度显著增加;有机质是影响结皮层微生物群落组成最主要的养分因子,丰富的养分使湿润区石生苔藓结皮层的微生物群落结构更加复杂多样、物种组成更加丰富。     

十字花科作物根肿病对根际土壤微生物群落的影响

为探究根肿病对十字花科作物根际土壤微生物多样性的影响,以罹病大白菜和健康株根际土壤为研究对象,采用高通量测序技术对2组样本的细菌16S rDNA和真菌ITS基因进行序列测定,分析了样本间的微生物群落结构和组成差异,同时测定根际土壤理化性质,探讨根肿病、土壤微生物群落、土壤环境因子三者的相关性。研究表明:1)患病植株根际土壤pH和总磷、总钾、碱解氮、速效钾含量显著低于正常植株根际土,而交换性钙含量明显增加。2)根肿病的发生降低了根际土壤中细菌种群的丰富度和多样性程度,但对根际土壤中的真菌α-多样性无明显影响。3)变形菌门、拟杆菌门、放线菌门等是所测土壤样本的主要优势细菌种群,其中患病植株根际土壤中拟杆菌门丰度显著高于健康植株根际土壤,放线菌门丰度则显著降低(P0.05)。优势细菌纲为γ-变形菌纲、拟杆菌纲、α-变形菌纲、放线菌纲、酸杆菌纲等,2组土壤样本间多种优势细菌纲相对丰度差异显著。4)根际土壤优势真菌类群为子囊菌门、被孢霉门、担子菌门和壶菌门,其相对丰度在患病和健康株根际土壤样本中均有明显差异。主要真菌纲为散囊菌纲、被孢霉纲、锤舌菌纲等,并且土壤样本间的多种优势真菌纲相对丰度存在显著性差异。5)主坐标分析结果表明病株根际土壤与健康株根际土壤细菌和真菌群落结构差异明显,冗余分析结果显示速效钾和交换性钙是根际土壤微生物群落变化的主要影响因素。研究结果为揭示根肿病发生的根际微生态机制以及研发根肿病综合防控技术提供理论支撑。     

峨眉山与黄山藏酋猴肠道菌群组成的比较

峨眉山和黄山都是我国著名的藏酋猴Macaca thibetana生态旅游地,对两地藏酋猴肠道微生物群落结构的比较研究,有助于了解不同生境、不同旅游管理方式对野生灵长类动物的影响。本研究对峨眉山藏酋猴M. t.thibetana肠道微生物16S rRNA基因进行测序,并与黄山藏酋猴M. t. huangshanensis肠道微生物的群落结构进行了比较。结果显示,两地藏酋猴肠道菌群有大量共有的可操作分类单元,而群落组成和多样性方面存在较大差异。峨眉山藏酋猴肠道菌群的优势门类为厚壁菌门Firmicutes(69. 04%±11. 81%)、拟杆菌门Bacteroidetes(21. 59%±10. 05%)和放线菌门Actinobacteria (2. 73%±2. 17%);黄山藏酋猴为厚壁菌门(46. 34%±8. 15%)、拟杆菌门(36. 75%±6. 38%)和变形菌门Proteobacteria(14. 91%±8. 06%)。在属级水平上,峨眉山藏酋猴肠道丰度最高的为颤螺菌属Oscillospira(23. 49%±16. 63%),黄山藏酋猴为普氏菌属Prevotella(36. 35%±9. 15%)。在群落多样性方面,黄山藏酋猴α多样性指数显著低于峨眉山,且两者的菌群结构也产生了显著分化。PICRUSt功能富集分析显示,峨眉山藏酋猴在脂类代谢、外源化学物的降解与代谢等通路显著富集,而黄山藏酋猴在多糖的合成与代谢等通路显著富集。研究还发现峨眉山藏酋猴肠道存在一定丰度的传染性致病菌,这可能与峨眉山的生态旅游有关。     

光唇鱼仔稚幼鱼肠道菌群与养殖水体细菌群落的相关性

采用16S rRNA高通量测序,系统研究了光唇鱼(Acrossocheilus fasciatus)仔鱼、稚鱼和幼鱼肠道菌群组成及与同时期养殖水体细菌群落的相关性。研究结果表明,光唇鱼仔鱼、稚鱼和幼鱼的肠道菌群中Chao1指数和Shannon指数均没有显著变化(P>0.05);而随着光唇鱼幼体的发育,养殖水体中Chao1指数和Shannon指数呈现显著下降趋势(P<0.05)。光唇鱼仔鱼和稚鱼肠道菌群中的优势菌门由变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)组成,而同时期养殖水体中优势菌门为变形菌门;光唇鱼幼鱼肠道菌群中的优势菌门为梭杆菌门(Fusobacteria)和变形菌门,同时期养殖水体中优势菌门由变形菌门、拟杆菌门和梭杆菌门组成。线性回归分析结果显示,随光唇鱼幼体发育,在光唇鱼肠道菌群中变形菌门、厚壁菌门和梭杆菌门相对丰度的时序变化趋势与其在养殖水体中相同。在属水平上,光唇鱼仔鱼、稚鱼肠道菌群中优势菌属均为醋酸杆菌属(Acetobacter),而幼鱼肠道菌群中优势菌属为鲸杆菌属(Cetobacte...     

罗伊氏乳酸杆菌SL001对AD模型小鼠和C57BL/6小鼠肠道微生物的影响

本研究旨在调查阿尔茨海默症模型小鼠(APP/PS1双转基因小鼠,AD小鼠)与野生型小鼠(C57BL/6小鼠)肠道菌群的多样性差异,以及添食罗伊氏乳酸杆菌SL001 (Lactobacillus reuteri SL001)对两种小鼠肠道微生物菌群结构组成的影响,探讨其是否可对AD小鼠起到积极的改善作用。首先将雄性AD模型和野生型小鼠分别分成添食组和未添食组(每组5只),添食组小鼠每天用0.2 mL浓度为5×10~(11) CFU/mL的L. reuteri SL001菌悬液灌胃,未添食组则每天接受等量的无菌PBS,通过口服管饲法进行给物,周期为45 d。实验结束后,采集小鼠的粪便样本,通过高通量测序技术测定了16S rRNA V3–V4区序列,并对群落结构和多样性进行比较分析。结果显示4个处理组小鼠的肠道微生物OTUs总共包括19个门、40个纲、64个目、104个科和175个属。AD模型小鼠的α多样性大于野生型小鼠,但是两者之间的差异不显著。添食L. reuteri SL001后,两种小鼠的α多样性均增加,AD模型小鼠的增幅较小。在门水平上,4组小鼠的优势菌门均为拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria),AD模型小鼠中的拟杆菌门丰度低于野生型,厚壁菌门的丰度高于野生型,添食L. reuteri SL001会降低小鼠的厚壁菌门/拟杆菌门的比例(F/B)。在目水平上,AD模型小鼠中的拟杆菌目(Bacteroidales)、乳酸杆菌目(Lactobacillales)、芽胞杆菌目(Bacillales)和双歧杆菌目(Bifidobacteriales)的相对丰度低于野生型小鼠。在属水平上,丰度较高的属有Allobaculum、毛螺旋菌属(Lachnospiraceae_NK4A136_group)、拟杆菌属(Bacteroides)、乳酸菌属(Lactobacillus)。AD模型小鼠的拟杆菌属、乳酸菌属、双歧杆菌属(Bifidobacterium)、和拟普雷沃菌属(Alloprevotella)的相对丰度低于野生型小鼠,添食L. reuteri SL001会增加这些属以及拟杆菌目、乳酸杆菌目、芽胞杆菌目和双歧杆菌目在AD模型小鼠中的丰度。AD模型小鼠的丁酸弧菌属(Butyrivibrio)相对丰度也低于野生型,添食L. reuteri SL001后,其相对丰度在两种小鼠中均出现降低。野生型小鼠的优势菌种为杆菌纲(Bacilli)中的乳酸杆菌科(Lactobacillaceae),AD模型小鼠中未发现优势菌群,这一结果与不同比例物种分类树结果相符。文中结果揭示了AD模型小鼠与野生型小鼠肠道微生物多样性差异,也表明添食L. reuteri SL001可以改善小鼠肠道细菌群落结构组成,对AD模型小鼠能够起到一定程度的积极调整作用。     

不同性别和生长阶段对克氏原螯虾肠道菌群多样性的影响

为研究性别和生长阶段对克氏原螯虾(Procambarus clarkii)肠道菌群的影响, 实验对来自虾塘的雌雄成虾肠道样品及来自实验室养殖的幼虾和成虾的肠道样品进行了16S rRNA高通量测序分析。结果表明, 不同性别间克氏原螯虾肠道菌群的多样性和功能均没有显著性差异(独立样本t检验: P>0.05), 其优势菌群在门水平上均包括厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)等; 属水平上包括拟杆菌属(Bacteroidia)、希瓦氏菌属(Shewanella)、梭菌属(Clostridium)和柠檬酸杆菌属(Citrobacter)等; 但各优势菌群在个体间的丰度差异较大, 且在成虾阶段趋于保守, 属肠道常驻菌群。幼虾肠道菌群的Alpha多样性显著高于成虾(独立样本t检验: P<0.05)。在门水平上, 优势菌群较为一致, 包括变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和放线菌门(Actinobacteria)。成虾厚壁菌门与拟杆菌门的比例高于幼虾, 表明成虾分解食物和吸收营养的潜力更强。在属水平上, 成虾和幼虾肠道中均存在大量的黄杆菌属(Flavobacterium)、拟杆菌属和氢噬胞菌属(Hydrogenophaga), 这些菌属可以帮助机体进行多种营养代谢, 成虾肠道中与碳水化合物代谢相关的菌群多于幼虾。PICRUSt功能预测显示, 在克氏原螯虾肠道中, 营养代谢功能相关的菌群相对丰度最高, 而成虾肠道菌群代谢碳水化合物的功能显著高于幼虾。实验表明, 在野外虾塘养殖下的克氏原螯虾的肠道菌群不论是在群落多样性、物种丰度还是菌群功能预测上, 都未体现出性别间的差异, 且肠道菌群的个体差异较大; 但在不同生长阶段间, 克氏原螯虾肠道微生物的群落多样性、丰度及功能都有显著差异, 相比于幼虾, 成虾肠道菌群多样性降低, 多种代谢功能升高。     

哈尼梯田稻-渔共作模式下杂交黄颡鱼肠道微生物研究

为了探究哈尼梯田稻-鱼共作综合种养模式(稻渔组, DY组)和传统池塘养殖模式(池塘组, CT组)下杂交黄颡鱼(Tachysurus fulvidraco♀×Pseudobagrus vachellii♂)肠道微生物结构变化, 试验采用16S rDNA测序技术对不同养殖模式下黄颡鱼肠道微生物进行分析。测序结果显示, CT组和DY组优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和梭杆菌门(Fusobacteria)。和CT组相比, 在门水平上DY组厚壁菌门和拟杆菌门相对丰度显著上升, 而变形菌门相对丰度显著下降。在属水平上DY组梭状芽孢杆菌属、Romboutsia属、Paludibacter属、Epulopiscium属和拟杆菌属相对丰度显著上升, 而邻单胞菌属丰度显著下降。不同的养殖模式没有显著影响黄颡鱼肠道微生物的丰富度(Richness), 但DY组拥有更高的微生物均匀度(Evenness)。BugBase表型预测结果如下, CT组革兰氏阴性菌, 兼性厌氧菌丰度更高, DY组则革兰氏阳性菌, 厌氧菌丰度更高。同时DY组肠道菌群相较于CT组具有更低的潜在致病性和生物膜形成能力。DY组黄颡鱼肠道微生物多样性更高, 稳定性更好, 对疾病的抵抗力可能更强。水稻-黄颡鱼新型稻渔综合种养模式具有更佳的经济和生态效应。     

不同养殖场林麝肠道微生物组成和功能的差异

肠道疾病是养殖林麝(Moschus berezovskii)常见疾病。动物肠道微生物伴随宿主进化并与胃肠道构成了复杂的微生态系统。为探究不同饲养环境对圈养林麝肠道微生物组成和功能的影响,本研究对采自国内5个不同养殖场的215份粪便样品进行了16S rRNA基因高通量测序,对比分析不同养殖场林麝肠道微生物组成、多样性和功能的差异。结果显示,厚壁菌门和拟杆菌门是未喂食复合益生菌的祁连县养殖场林麝肠道菌群的绝对优势菌门,而喂食复合益生菌的甘肃两当县和陕西凤县的4家养殖场林麝肠道菌群的绝对优势菌门为厚壁菌门和变形菌门。不同养殖场林麝肠道菌群组成、优势菌门、优势菌属、潜在致病菌、代谢及疾病相关功能均有显著差异。祁连县养殖场林麝肠道微生物的α多样性和疾病相关功能表达量显著低于其他养殖场,并以肠型2为主,其主导菌为厚壁菌门、UCG-005和拟杆菌属;两当县和凤县的4家养殖场林麝肠道菌群潜在致病菌相对丰度较低。本研究推测食物组成差异可能是导致不同养殖场林麝肠道微生物差异的主要因素,复合益生菌的使用可能是导致α多样性和潜在致病菌下降的重要因素。该结果可为林麝的人工养殖和有效管理提供科学依据,也对人工饲养...     

不同生境黑果枸杞根际与非根际土壤微生物群落多样性

研究典型生境黑果枸杞根际与非根际土壤微生物群落多样性及其与土壤理化性质间的关系,为进一步研究黑果枸杞抗逆性提供理论数据。采集新疆精河县艾比湖地区(EB)盐碱地、乌苏市(WS)路旁荒地、五家渠市(WQ)人工林带的黑果枸杞根际与非根际土壤,利用Illumina-MiSeq高通量测序技术分析细菌和真菌群落组成和多样性。结果表明:根际土壤细菌多样性高于非根际土壤(WQ除外),而根际真菌多样性低于非根际土壤。WQ非根际土壤细菌和真菌多样性均高于EB和WS;根际细菌多样性排序为EBWSWQ,根际真菌多样性排序为WSEBWQ。根际土壤优势细菌门依次是变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、酸杆菌门,真菌优势门为子囊菌门、担子菌门。根际土壤细菌变形菌门、拟杆菌门、酸杆菌门的相对丰度高于非根际土壤,而厚壁菌在根际土壤中的丰度显著降低,真菌优势门丰度在根际土和非根际土中的变化趋势因地区而异; Haliea、Gp10、Pelagibius、Microbulbifer、假单胞菌属、Thioprofundum、Deferrisoma是根际土壤细菌优势属;多孢子菌属、支顶孢属、Corollospora、Cochlonema是根际真菌优势属。细菌、真菌优势类群(门、属)的组成以及丰富度存在地区间差异,厚壁菌门在EB地区的丰富度显著高于含盐量较低的WS、WQ;盐碱生境EB中根际土壤嗜盐细菌的丰度高于非盐碱生境(WQ、WS),如盐单胞菌属、动性球菌属、Geminicoccu、Pelagibius、Gracilimonas、Salinimicrobium等。小囊菌属是EB根际真菌的最优势属,Melanoleuca是WQ和WS的最优势属,地孔菌属、Xenobotrytis、Brachyconidiellopsis、多孢子菌属等在EB根际土壤中的丰度显著高于WQ和WS。非盐碱生境(WS和WQ)的微生物群落之间的相似性较高,并且高于与盐碱环境(EB)之间的相似性,表明土壤含盐量对微生物群落组成丰度具有重要的影响。     

Focus: Microbiome: Distinct Ecological Niche of Anal,Oral, and Cervical Mucosal Microbiomes in Adolescent Women

Human body sites represent ecological niches for microorganisms, each providing variations in microbial exposure, nutrient availability, microbial competition, and host immunological responses. In this study, we investigated the oral, anal, and cervical microbiomes from the same 20 sexually active adolescent females, using culture-independent, next-generation sequencing. DNA from each sample was amplified for the bacterial 16S rRNA gene and sequenced on an Illumina platform using paired-end reads. Across the three anatomical niches, we found significant differences in bacterial community composition and diversity. Overall anal samples were dominated with Prevotella and Bacteriodes, oral samples with Streptococcus and Prevotella, and cervical samples with Lactobacillus. The microbiomes of a few cervical samples clustered with anal samples in weighted principal coordinate analyses, due in part to a higher proportion of Prevotella in those samples. Additionally, cervical samples had the lowest alpha diversity. Our results demonstrate the occurrence of distinct microbial communities across body sites within the same individual.     

Anatomy promotes neutral coexistence of strains in the human skin microbiome

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Application of ecological and evolutionary theory to microbiome community dynamics across systems

A fundamental aim of microbiome research is to understand the factors that influence the assembly and stability of host-associated microbiomes, and their impact on host phenotype, ecology and evolution. However, ecological and evolutionary theories applied to predict microbiome community dynamics are largely based on macroorganisms and lack microbiome-centric hypotheses that account for unique features of the microbiome. This special feature sets out to drive advancements in the application of eco-evolutionary theory to microbiome community dynamics through the development of microbiome-specific theoretical and conceptual frameworks across plant, human and non-human animal systems. The feature comprises 11 research and review articles that address: (i) the effects of the microbiome on host phenotype, ecology and evolution; (ii) the application and development of ecological and evolutionary theories to investigate microbiome assembly, diversity and stability across broad taxonomic scales; and (iii) general principles that underlie microbiome diversity and dynamics. This cross-disciplinary synthesis of theoretical, conceptual, methodological and analytical approaches to characterizing host–microbiome ecology and evolution across systems addresses key research gaps in the field of microbiome research and highlights future research priorities.     

Focus: Microbiome: Unraveling the Dynamics of the Human Vaginal Microbiome

Four Lactobacillus species, namely L. crispatus, L. iners, L. gasseri, and L. jensenii, commonly dominate the vaginal communities of most reproductive-age women. It is unclear why these particular species, and not others, are so prevalent. Historically, estrogen-induced glycogen production by the vaginal epithelium has been proffered as being key to supporting the proliferation of vaginal lactobacilli. However, the ‘fly in the ointment’ (that has been largely ignored) is that the species of Lactobacillus commonly found in the human vagina cannot directly metabolize glycogen. It would appear that this riddle has been solved as studies have demonstrated that vaginal lactobacilli can metabolize the products of glycogen depolymerization by α-amylase, and fortunately, amylase activity is found in vaginal secretions. These amylases are presumed to be host-derived, but we suggest that other bacterial populations in vaginal communities could also be sources of amylase in addition to (or instead of) the host. Here we briefly review what is known about human vaginal bacterial communities and discuss how glycogen-derived resources and resource competition might shape the composition and structure of these communities.