腸道微生物以其高度多樣性和關(guān)鍵生態(tài)功能而備受關(guān)注，對(duì)宿主適應(yīng)環(huán)境變化具有重要作用。近期一項(xiàng)跨越7綱、452個(gè)物種的大尺度脊椎動(dòng)物腸道微生物研究發(fā)現(xiàn)，在影響野生脊椎動(dòng)物腸道微生物多樣性的多個(gè)因素中，宿主的瀕危程度是主要因素之一。這引發(fā)了一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題：瀕危程度更高的物種是否更加依賴腸道微生物所提供的“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”，以增強(qiáng)其應(yīng)對(duì)環(huán)境變化的能力。

為闡明宿主瀕危程度與腸道微生物依賴性之間的關(guān)系，中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所動(dòng)物生態(tài)與資源保護(hù)研究團(tuán)隊(duì)以藏原羚（近危）和普氏原羚（瀕危）為研究對(duì)象，通過16S rRNA擴(kuò)增子測(cè)序技術(shù)進(jìn)行高通量測(cè)序，深入探究了這兩個(gè)物種在相同和不同環(huán)境條件下的腸道微生物多樣性和組成，群落組裝機(jī)制以及預(yù)測(cè)功能的變化。研究結(jié)果表明，相較于異域分布的種群，同域分布的藏原羚和普氏原羚種群的腸道微生物多樣性和組成并未因共享相同環(huán)境而呈現(xiàn)顯著的趨同。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，藏原羚和普氏原羚腸道微生物與宿主外部環(huán)境變化的關(guān)系存在明顯的區(qū)別，瀕危等級(jí)更高的普氏原羚腸道微生物群落結(jié)構(gòu)變異與環(huán)境條件的改變顯著相關(guān)，而在瀕危等級(jí)較低的藏原羚中，這種相關(guān)性則不顯著。利用iCAMP對(duì)兩物種腸道微生物群落的組裝過程進(jìn)行定量分析，結(jié)果顯示普氏原羚腸道微生物群落的組裝過程相比藏原羚更偏向于同質(zhì)選擇過程（HoS）。對(duì)促進(jìn)這一轉(zhuǎn)變的微生物類群進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在普氏原羚中貢獻(xiàn)了同質(zhì)選擇，但在藏原羚中貢獻(xiàn)了其他過程（如隨機(jī)漂變、擴(kuò)散限制、異質(zhì)分散或異質(zhì)選擇）的ASVs主要隸屬于顫螺旋菌科、coprostanoligenes group、克里斯滕森菌科、阿克曼氏菌科和拉克諾斯菌科。對(duì)這些ASVs進(jìn)行功能預(yù)測(cè)及KEGG富集分析，結(jié)果表明，其主要與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝、合成以及免疫調(diào)節(jié)密切相關(guān)，提示這些ASVs可能在宿主營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用和免疫功能維持等方面發(fā)揮著重要作用。研究認(rèn)為瀕危等級(jí)較高的普氏原羚更依賴腸道微生物所提供的“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”以應(yīng)對(duì)環(huán)境的變化。這種依賴性可能源于瀕危物種通常適應(yīng)性和適應(yīng)潛力較低，腸道微生物在其適應(yīng)和應(yīng)對(duì)環(huán)境變化中發(fā)揮了重要的補(bǔ)償作用。本研究在揭示宿主瀕危程度與腸道微生物依賴性的關(guān)系的同時(shí)，也為瀕危物種保護(hù)和管理提供了新的視角和策略。

研究論文?Gut microbiota non-convergence and adaptations in sympatric Tibetan and Przewalski’s gazelles?發(fā)表在?Cell Press?旗下交叉學(xué)科期刊?iScience（中國(guó)科學(xué)院二區(qū)）。西北高原所博士研究生宋鵬飛為第一作者，張同作研究員為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金（U20A2012）等項(xiàng)目的支持。學(xué)科組依托中國(guó)科學(xué)院高原生物適應(yīng)與進(jìn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和青海省動(dòng)物生態(tài)基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109117

研究概要圖

同域分布著的原羚種群相較于異域分布著的種群其腸道微生物未發(fā)現(xiàn)顯著的趨同（a）基于GUniFrac距離的藏原羚和普氏原羚不同種群腸道微生物PCoA分析；（b）藏原羚和普氏原羚種群腸道微生物β-多樣性組間差異熱圖；（c）藏原羚和普氏原羚同域、異域分布種群腸道微生物相異性條形圖

藏原羚和普氏原羚腸道微生物不同系統(tǒng)發(fā)育分箱的生態(tài)學(xué)組裝過程（a）及在普氏原羚腸道微生物中貢獻(xiàn)了同質(zhì)選擇過程而在藏原羚中卻貢獻(xiàn)了其他生態(tài)學(xué)組裝過程的ASVs集合所進(jìn)行的KEGG富集分析（b）