两栖动物肠道微生物群落演化机制研究

Amphibians have a special place in the evolution of vertebrate. It is a hot topic about the theory of gut bacterial community assembly in microecology, molecular ecology and evolutionary biology. However, few reports have reported how the host factors and environmental factors affect the systematic evolution of gut bacterial community. Our project will verify the community ecology therory (Neutral theory) of gut microbiota construction by studying the gut microbiota of Pelophylax nigromaculatus in Zhoushan Archipelago. And we will quantify the effect of impacted factors on the evolution of gut microbiota, including island characteristics (island area, island isolation time, island-to-continent distance), environmental microbes, host diet, population dynamics (population size and population density), and immune characteristics. Meanwhile, we will explore independent contributions of each factor to the evolution of gut microbiota by using appropriate model analysis. Our project will be beneficial to the development of basic theories of microecology.

两栖动物在脊椎动物的演化史上有着特殊地位，其肠道微生物形成机制及其影响因素一直是微生态学、分子生态学和进化生物学研究的热点。但系统性研究宿主特征和环境因子是如何影响两栖动物肠道微生物群落演化的报道却很少。本项目，利用舟山群岛作为研究系统，黑斑侧褶蛙（Pelophylax nigromaculatus）的肠道微生物群落作为研究对象，利用前期收集的宿主数据，加入本项目准备收集的微生物（肠道微生物和环境微生物）数据，验证肠道微生物群落构建是否符合中性理论，量化岛屿特征（包括：岛屿面积，岛屿隔离时间，岛屿到大陆的距离）、环境微生物多样性及宿主的食性、种群动态（种群大小和种群密度）和免疫特征对肠道微生物群落演化的影响。同时，通过构建适当的模型分析各影响因素对肠道微生物群落演化的独立贡献。本项目的开展将有利于微生态学科基础理论发展。

研究宿主系统发育、饮食和环境因素的影响及其强弱一直是宿主肠道微生物多样性及组成结构研究领域的重要问题。宿主及其共生微生物的共进化（co-evolution）导致了由于宿主系统发育谱系不同导致的不同微生物结构组成。然而，由于宿主进入新的环境进而导致的饮食结构的变化，也可以导致宿主微生物群落结构和生物多样性的变化。反之，微生物组的结构和多样性变化也会影响宿主的生理和代谢，尤其是微生多样性降低会对宿主造成不利影响。本项目中我们使用高通量测序和生态学调查等方法，检测外部因素和宿主因素对舟山群岛附近三个大陆站点和17个岛屿上的黑斑侧褶蛙肠道微生物多样性丧失的影响。我们发现，大陆和较大岛屿种群的肠道微生物多样性高于岛屿种群和小岛种群。中性模型模拟结果显示，舟山群岛及其周边地区黑斑侧褶蛙种群肠道微生物群落构成受随机效应影响较小。层次划分模型结果表明，岛屿隔离时间、种群密度和食物可利用性显著地促进了肠道微生物多样性。这些结果表明，栖息地破碎化会影响两栖动物的肠道微生物多样性。我们的研究有助于更全面地了解外部因素和宿主因素对群岛上黑斑侧褶蛙肠道微生物多样性的影响，并强调了在保护规划和管理中考虑栖息地碎片环境中两栖动物肠道微生物变化的重要性。