The gut microbial community structure of omnivorous fishes

Abstract

鱼类消化道微生物相比陆生动物与环境相互作用更为紧密，影响其群落构建与演替的因子是如此之多，以至于到目前为止还没有关于其定殖机制方面比较详细、系统的研究。总的来说，与肉食性、草食性和滤食性鱼类相比，杂食性鱼类消化道微生物组成更为复杂，其群落以及功能结构也更加多样化；因此，进一步研究杂食性鱼类消化道微生物群落结构构建机制可以为研究其它种类或食性鱼类消化道微生物提供很好的理论支持。本研究以杂食性鱼类鲫(Carassius auratus)、鲤(Cyprinus carpio)和异育银鲫(Carassius auratus gibelio)以及非杂食性鱼类草鱼(Ctenopharyngodon idella)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix)、鳙(Hypophthalmichthys nobilis)等重要的经济鱼类为研究对象，采用PCR-DGGE、高通量测序技术对鱼类消化道微生物群落结构进行研究，分析了影响鱼类消化道微生物群落构建与稳态的主要因子，包括宿主食性、生活环境、营养状态以及生理发育等，已获得的如下结果：(1)杂食性鲤消化道微生物在群落组成上与非杂食性鱼类草鱼和鲢、鳙有很大差异；变形菌门为四种鱼类消化道微生物的主要组成，主要差异群落：厚壁菌门、拟杆菌门、梭菌门等。杂食性鲤各肠道区段中微生物多样性由高到低一次为：中肠>后肠>前肠，草食性和滤食性鱼类均为：前肠>中肠>后肠。鲤前肠微生物Alpha多样性最低，杂食性鲤消化道微生物多样性与其食物的复杂程度不呈显著相关。(2)自然条件下生长的杂食性鲫消化道微生物以变形菌门(43.68%)、厚壁菌门(34.13%)、梭菌门(15.82%)、放线菌门(2.65%)、拟杆菌门(1.11%)和酸杆菌门(1.08%)为主。其群落组成及多样性在采样湖区间(武湖和鄱阳湖)存在差异；生境对杂食性鲫消化道微生物群落结构也有显著性影响(MRPP, ANOSIM和PERMANOVA, P < 0.01)。(3)恢复投喂导致变形菌门丰度显著增加(Welch’s test, P<0.005)，厚壁菌门和拟杆菌门丰度显著下降(Welch’s test, P<0.005)，梭菌门丰度下降但不显著。消化道微生物多样性下降，且其群落结构在组间呈显著差异性(MRPP, ANOSIM and PERMANOVA, P=0.001)；表明，宿主营养状态对鱼类消化道微生物群落结构有显著性影响。(4)异育银鲫消化道微生物多样性伴随宿主发育显著增加(OTU 数量: r2 = 0.106, P < 0.01; PD: r2 = 0.126, P < 0.005)。在养殖环境(生境)、饵料更替(营养状态)以及宿主自身发育三个影响因子共同存在时，消化道微生物群落结构显著受宿主日龄(发育)的影响(PERMANOVA, P < 0.001)，并呈明显阶段性特征：3-33DPH (Days post-hatching)为演替第一阶段，38-51DPH和58-365DPH分别为演替第二、三阶段。异育银鲫消化道微生物在演替初期主要以变形菌门为主(138,927 out of 145,184 reads)，第二阶段疣微菌门(16.53 ± 4.28%; Welch’s t-test, P < 2 × 10?6)丰度显著增加，第三阶段梭菌门(54.31 ± 33.62%; P < 5 × 10?14)和厚壁菌门(18.85 ± 22.05%; P < 2 × 10?5)丰度显著增加，变形菌门丰度持续显著下降(14.21 ± 16.15%; P < 2 × 10?19)。(5)通过NRI指数，异育银鲫消化道微生物演替主要受到来自与宿主有关的决定性过程的影响，个别样品中观察到群落系统组成是随机的形成。决定性过程影响效应随宿主的发育逐渐减弱，表明鱼类消化道微生物演替生态学过程与宿主发育明显相关。 本论文系统的阐释了影响杂食性鱼类消化道微生物群落构建的因素，深入的分析以异育银鲫为代表的杂食性鱼类消化道微生物群落构建过程及控制机制，这有助于我们进一步研究消化道微生物群落功能与结构之间的关系，同时也为异育银鲫健康养殖提供了基础参考资料