贺兰山岩羊食物季节变化对肠道菌群的影响研究

As the flagship species of the Helan Mountain National Nature Reserve, the population of blue sheep is generally close to the environmental capacity due to the lack of top predators. Food shortage is one of the major factors that affect the survival of the blue sheep population in Helan Mountains, especially in winter and early spring. Therefore, metabolic and nutrient uptake by the body is of crucial importance for blue sheep, especially during times of food shortages. In order to establish the structure, diversity, core flora and dynamic changes of intestinal microflora under the condition of significant differences in abundance and nutrition, also to explore the interaction between intestinal flora and different food structures and their influence on the body from the perspective of gene function, we extracted DNA from the faeces for high-throughput sequencing analysis, according to the previous studies about colony and population density distribution data of blue sheep in Helan Mountains. Microorganism genomic analysis of gut flora by metagenomics was conducted to evaluate the physiological, developmental, and disease-related aspects of the blue sheep under environmental stress. On the other hand, correlation analysis the nutritional structure of food and gut flora in different seasons may explain the response of gut flora and the mechanism of action on host under the pressure of food shortage.

贺兰山岩羊作为贺兰山国家级自然保护区的旗舰种，由于缺乏顶级的捕食者，其种群数量在总体上已经接近环境容纳量。目前影响岩羊种群生存的主要因素之一就是食物短缺的问题，特别是冬季及初春季节。所以，机体代谢和营养吸收在岩羊在食物短缺时期至关重要。为了确立贺兰山岩羊在食物丰度及营养比例显著差异的情况下肠道菌群的结构、多样性、核心菌群及其动态变化特点，从基因功能的角度深入探索贺兰山岩羊的肠道菌群和不同食物结构的相互作用及其对机体的影响机制，根据先前对贺兰山岩羊不同季节集群及分布密度的数据，合理地采集岩羊的新鲜粪便样品，然后从中提取DNA进行高通量测序，通过宏基因组学水平对肠道菌群的微生物基因组分析，对岩羊在环境压力下的生理、发育、疾病等诸多方面进行评估。另一方面，将岩羊不同季节食物营养结构与肠道菌群进行关联分析，来解释食物短缺压力下肠道菌群的应对及对宿主的作用机制。

近年来，由于岩羊数量的增加和环境限制，贺兰山岩羊食物较为缺乏，在季节更替时，其食物类型及营养状况均发生了较大的改变。本研究运用非损伤性取样技术、微卫星标记、高通量测序技术、生物信息学等方法对冬夏季贺兰山岩羊肠道微生物多样性及功能进行研究，探讨岩羊肠道菌群多样性的季节差异和性别差异，深入分析肠道菌群功能的季节差异以及对食物资源变化的响应机制。现得到以下研究结果和结论：. 1. 岩羊肠道微生物多样性分析：岩羊肠道微生物组成结构存在显著的季节差异（P<0.01）和性别差异（P<0.01），季节变化比性别差异引起的肠道菌群改变更为显著。岩羊肠道菌群多样性及群落结构的季节差异和性别差异可能是对季节变化和食物资源变化的动态响应。. 2. 比较不同物种组间肠道菌群多样性发现，圈养阿拉善马鹿与贺兰山岩羊在雄性中，仅有ACE指数具有显著差异（P < 0.05）；在雌性组中ACE和Chao1指数均具有显著差异（P < 0.05）；群落丰富度均为岩羊大于马鹿。. 3. 肠道微生物功能分析：在CAZy功能差异分析中，level 2层级上冬夏季有84种功能差异显著（P<0.05），其中有43种酶季节差异显著。代谢通路分析结果表明，冬夏季组间差异显著的12条代谢通路中（P<0.05），夏季组短链脂肪酸（SCFAs）产生途径显著富集，碳水化合物代谢功能夏季显著高于冬季（P<0.05）。岩羊肠道菌群功能的季节差异有利于岩羊适应贺兰山生境的季节变化、食物资源变化，帮助其积累能量和提高免疫力。. 本研究不仅为贺兰山岩羊生理生态管理、岩羊资源合理有效利用以及保护区管理决策提供了科学依据，同时也为深入探讨偶蹄类动物消化生理机制、肠道菌群与宿主的互作关系及动物消化道疾病防控积累数据，对野生动物保护与利用有着重要的理论意义和现实意义。