肠道微生物对布氏田鼠种群的调控作用研究

Population regulation has always been a key theme in population ecology. Both extrinsic factors (e.g., food, predation and climate) and intrinsic factors, (e.g., social stress and dispersal behaviors) have been used to explain population fluctuations. Although gut microbes play a key role in individual’s growth, survival and reproduction, the role of gut microbes in population regulation is still poorly understood. We hypothesize that extrinsic and intrinsic factors can influence the gut microbes’ community and in turn these changes in gut microbes should regulate the population density by mediating individual’s growth, survivals and reproduction. In this study, by using both field enclosure and laboratory studies, we want to reveal the mechanisms of gut microbes in regulating the population of Brandt’s voles (Lasiopodomys brandtii) and provide novel theories or methods in population regulation and control of small rodents.

种群密度调节是种群生态学的核心内容，过去的研究多限于外源性假说（例如食物和气候假说）和内源性假说（例如内分泌调节假说、遗传调节假说和行为领域假说），但有关肠道微生物在鼠类种群调节上的机制研究比较缺乏。随着高通量测序技术的发展，研究发现肠道微生物在宿主的生长、存活（免疫）和繁殖等方面上发挥了重要的调控作用。我们认为外因（食物、降雨和放牧）和内因（社会压力）均可通过肠道微生物的作用从而共同调节种群波动。外因通过改变动物的食物影响肠道微生物群落，而内因通过改变动物行为和激素影响肠道微生物群落。最终，肠道微生物通过影响个体适合度进而达到调节种群的作用。本项目结合野外观测实验和室内验证实验，研究布氏田鼠(Lasiopodomys brandtii) 肠道微生物对种群密度的响应及调控机制，探讨肠道微生物在种群动态中的作用。该研究有望为丰富发展鼠类种群调节理论和鼠类控制提供新的思路和方法。

在全球气候变化背景下，宿主肠道微生物在种群波动调节中发挥了怎样的作用是种群生态学和群落生态学中的的关键问题。通过开展室外降雨操纵实验和室内密度和攻击实验，我们从外因和内因调节的角度，分别研究了肠道微生物对布氏田鼠适合度的影响。我们的研究发现，增雨显著促进了羊草的生长，增加了布氏田鼠喜食植物羊草的比例，降低了次喜食植物克氏针茅的比例，从而影响了肠道微生物的组成结构和功能，促进了田鼠体重生长，并增加了布氏田鼠的种群密度。在室内，通过对布氏田鼠的饲喂实验，发现不同营养的食谱可显著影响肠道微生物组成及功能，改变粪便中组氨酸和多种短链脂肪酸含量，进而影响体重生长。菌群移植实验验证了菌群变化与体重变化的因果关系。另外，发现食谱中高含量的羊草、果糖或者低聚果糖，可显著提高肠道霍氏真杆菌（Eubacterium hallii）的相对丰度，更有利于短链脂肪酸（例如乙酸和丙酸）的合成。通过改变植被群落及肠道微生物群落，进而调节鼠类体重生长和种群大小的变化，该研究揭示了气候-->植物-->肠道微生物-->营养代谢-->体重生长-->种群大小的上行调节通路，证实了肠道微生物在鼠类种群调节中发挥着的重要作用。另外，我们发现高密度饲养组，布氏田鼠血清中皮质酮、五羟色胺和IgG含量显著增加；这些变化与肠道微生物菌群有着显著的相关关系，表明高密度可能通过影响宿主肠道微生物组成进而调节个体激素水平。本项目的研究丰富发展了鼠类种群调节理论，同时提供了鼠类控制的新思路和新方法。