文章題目：Comparison Between theFecal Bacterial Microbiota of Healthy and Diarrheic Captive Musk Deer
合作單位：北京林業(yè)大學(xué)
雜志名稱(chēng)：Frontiers in Microbiology
影響因子：4.019
麝（shè）
研究背景
麝（shè）（Noschus noschiferus?Linnaeus），又稱(chēng)為麝獐、香獐，種類(lèi)少，麝的前肢短，后肢長(cháng)，蹄小耳大，雌雄都無(wú)角，雄性有發(fā)達獠牙。麝棲居于山林，多在拂曉或黃昏后活動(dòng)，聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)均發(fā)達。雄麝臍香腺囊中的分泌物干燥后形成的香料即為麝香，是一種十分名貴的藥材，也是極名貴的香料。麝的數量急劇下降，因為人們?yōu)榱双@得麝香而不斷獵殺它們。
我國森林麝的養殖主要分布在兩個(gè)地區：陜南秦嶺山區和四川西部山區。自1958年以來(lái)，中國一直在試驗森林麝（Moschus berezovskii）養殖，并在過(guò)去幾十年中在許多方面取得了重大進(jìn)展。養殖麝的最初目標是減少野生麝鹿資源的壓力，以獲得有價(jià)值的麝香。隨著(zhù)野生麝數量的急劇減少，人工繁殖的麝種群也將構成一種重新引入的重要來(lái)源。然而，人工繁殖的森林麝種群長(cháng)期受到健康不穩定和疾病發(fā)病率高等因素的影響。腹瀉是人工繁殖的森林麝中最常見(jiàn)的疾病之一。在一些麝養殖場(chǎng)中，嚴重的腹瀉可導致死亡，腹瀉的死亡率達到30％。因此，近年來(lái)，腹瀉已成為人工繁殖麝的疾病預防和控制的重點(diǎn)，雖然相關(guān)研究仍然缺乏。
大量研究表明，哺乳動(dòng)物腸道疾病的發(fā)生與腸道微生物的群落結構密切相關(guān)。腸道微生物是構成宿主內微生物的主要部分。已經(jīng)證明腸道微生物群落能夠幫助結腸發(fā)酵，刺激免疫系統，防御病原體入侵和改善能量獲取，對宿主的健康和營(yíng)養有重要作用。因此，腸道微生物的群落動(dòng)態(tài)是保證寄主生理穩態(tài)的重要因素。當正常的微生物群受到外源有害微生物的影響時(shí)，其自我平衡將被破壞，這可能導致消化紊亂甚至誘發(fā)宿主疾病。本研究通過(guò)利用高通量16S-rRNA基因測序技術(shù)，全面分析和比較健康和腹瀉森林麝糞便微生物群落的組成和結構，旨在為預防和控制麝香鹿的腹瀉提供了科學(xué)的理論依據，對改善圈養麝鹿的健康狀況具有重要意義。
材料與方法
1、試驗材料：選擇了4-6歲的成年森林麝鹿，包括8只健康麝（HMD）（編號H1-H8），8只輕度腹瀉麝（MMD）（編號M1-M8），和5只嚴重腹瀉的麝（SMD）（編號S1-S5）。共收集了21份糞便樣本。2、試驗方法：Illumina HiSeq 2500?，16SV3+V4
結果與分析
FIGURE 1 |?Boxplotand rarefaction curves of operational taxonomic units (OTUs).
2、健康和腹瀉的森林麝之間微生物多樣性的差異分析
麝鹿糞便樣本中Alpha多樣性指數（Ace，Chao 1，Simpson和Shannon）（圖2）和健康和腹瀉的樣本β多樣性指數統計結果顯示：HMD和MMD之間的Ace、Chao 1、Simpson和Shannon指數存在顯著(zhù)差異（P <0.05）。MMD和SMD之間沒(méi)有顯著(zhù)性差異。HMD和SMD的比較發(fā)現有顯著(zhù)性差異（P <0.05）。
FIGURE 2 | Boxplot ofAlpha-diversity indices. Alpha diversity indexes are composite indexesreflecting abundance and consistency.
β多樣性用于分析物種組成的時(shí)間和空間變化，反映群體間細菌群落是否存在差異。NMDS圖顯示了微生物群落的不同，并揭示了腹瀉和健康麝鹿之間的獨特結構（圖3）。
FIGURE 3 | Non-metricmultidimensional scaling (NMDS) analysis.
組間和組內β距離在箱型圖中顯示（圖4），結果表明HMD和MMD組（圖4A）之間以及HMD和SMD組之間細菌群落的極顯著(zhù)差異（圖4B）（?P <0.01）。
FIGURE 4 | Box plot ofInter-group and Intra-group Beta distance (ANOSIM Analysis).
3、核心微生物組成及相對豐度
物種分類(lèi)柱狀圖是表示HMD、MMD和SMD樣本中物種的組成及對應物種在該樣本中的相對豐度。HMD、MMD和SMD樣本中在門(mén)水平和屬水平相對豐度前10的物種如圖5所示。無(wú)論是否存在腹瀉的樣本中，厚壁菌和擬桿菌都是主要的優(yōu)勢菌。然而，健康森林麝的糞便中厚壁菌的相對豐度明顯高于腹瀉麝。厚壁菌是構成食物中纖維素分解代謝并將纖維素降解為宿主揮發(fā)性脂肪酸的主要細菌類(lèi)型。此外，厚壁菌門(mén)還可以調節體內免疫反應，抑制病原體的侵襲和預防腸道炎癥。腹瀉麝腸道中厚壁細胞豐度的減少可能會(huì )同時(shí)降低該物種的消化生理功能。另外，β多樣性的比較顯示，健康和腹瀉森林麝的細菌群落差異極顯著(zhù)，這與麝的異常消化生理功能有關(guān)。HMD、MMD和SMD三組不同樣本之間共有OTU和特有OTU數量如圖6所示。
FIGURE 5 | Histogram of relativeabundance. The x-axis represents groups and the y-axis represents relativeabundance presented as percentage.
FIGURE 6 | Venn diagram.
4、健康與腹瀉森林麝的顯著(zhù)差異分析及功能基因預測
LefSe分析表明（圖7），在屬的水平上，MMD組與HMD和SMD組之間顯著(zhù)性差異較大的菌種為埃希氏菌?–?志賀氏菌。埃希氏菌屬?–?志賀氏菌是常見(jiàn)的病原體，其主要的傳播途徑包括：受感染對象的糞便、食物和含有細菌的水。該病原體可引起結腸粘膜炎癥，導致腹痛、腹瀉和形成粘膜糞便等癥狀。因此，用于喂養麝的食物和水以及糞便管理是減輕輕度腹瀉的關(guān)鍵。另外，SMD組與HMD和MMD組之間顯著(zhù)性差異較大的菌種為梭桿菌。梭桿菌是炎癥性微生物，它可抑制體內T細胞應答并促進(jìn)炎性因子的表達。比較MMD組和SMD組，可以推測Fusobacterium可能在輕度腹瀉的背景下增殖并成為主要病原體。因此，森林麝的腸道生理紊亂與其主要病原體的類(lèi)型是存在一定的相關(guān)性的。
FIGURE 7 | LefSe analysis.
使用PICRUSt軟件通過(guò)比對16S測序數據獲得的物種組成信息，推測樣本中的功能基因組成，從而分析不同樣本或分組之間在功能上的差異（圖8）。與HMD相比組，免疫疾病代謝途徑中功能基因的豐度在腹瀉森林麝中顯著(zhù)增加。腸道微生物的存在可以刺激宿主免疫系統的發(fā)育，增強宿主免疫功能，禁止病原微生物入侵。而腸道微生物引起的腹瀉可以影響宿主的免疫能力，從而增加對免疫疾病的易感性。此外，它還可能對宿主中生物系統的細胞免疫過(guò)程和代謝途徑產(chǎn)生影響。更加深入的研究還需以宏基因組分析來(lái)確認基因功能信息的準確性。
FIGURE 8 | (A) The abundance ratio ofdifferent functions between HMD and MMD. (B) The abundance ratio of differentfunctions between HMD and SMD.
結論
腸道微生物的群落結構與組成較為復雜，腹瀉森林麝鹿糞便中微生物種類(lèi)較健康麝多，由許多潛在的原因導致的。除了我們此項研究的細菌病原體外，還可能是由于病毒、腸易激綜合征（IBS）等因素導致。因此該項目更深一步的研究還要根據宏基因組測序手段來(lái)進(jìn)行研究。本研究通過(guò)利用高通量16S-rRNA基因測序技術(shù)，全面分析和比較健康和腹瀉森林麝糞便微生物群落的組成和結構，旨在為預防和控制麝香鹿的腹瀉提供了科學(xué)的理論依據，對改善圈養麝鹿的健康狀況具有重要意義。
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參考文獻：
YimengL , Xiaolong H , Shuang Y , et al. Comparison Between the Fecal BacterialMicrobiota of Healthy and Diarrheic Captive Musk Deer[J]. Frontiers inMicrobiology, 2018, 9:300-.
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