张知彬研究团队发现食物多样性对草原布氏田鼠肠道微生物群落及适合度具有非线性作用

  受全球气候变化和人类活动不断加剧的影响,自然界中的植物群落多样性发生了很大变化,这势必影响植食性动物的食物构成和营养获取,进而对其种群时空动态与格局产生影响。一般认为,食物多样性越高,营养价值越均衡,有利于机体生长发育。但动物面临食物短缺时,为了保障基本的能量需求,动物不得不扩大取食种类的范围;扩大的食谱中可能包括了动物不喜食的种类,导致次生物质和不易消化的物质含量增加,进而对动物的生长、繁殖、存活造成不利影响。因此,食物多样性与动物适合度之间可能存在阈值决定的转换关系,即在一定范围内,食物多样性越多越好;超过一定阈值,则相反。

  布氏田鼠广布我国内蒙古草原,其种群数量年际间变动很大。我们过去的研究表明降水、放牧因素通过改变食物组成,并通过肠道微生物影响其生长发育。放牧通过改变食物组成影响布氏田鼠肠道菌群组成及共现网络(Li et al., Journal of Animal Ecology, 2019)。人工增雨促进喜食植物羊草的生长,增加了布氏田鼠食物中果糖和低聚果糖的摄入量,调节宿主组氨酸和短链脂肪酸的合成,继而促进鼠类的生长和种群的增加(Li et al, The ISME Journal, 2020; Li et al. PNAS, 2021)。然而,在放牧和降水影响下,有关食物多样性的改变如何通过肠道微生物影响布氏田鼠的生长、发育的机制尚不清楚。通过区分食谱中喜食性植物的比例,客观评价植物种类丰富度对布氏田鼠生长、存活和免疫的影响,对解释全球变化背景下布氏田鼠种群的变化十分必要。

  js6666金沙安全下载张知彬研究团队以布氏田鼠为研究对象,选取其食谱中的8种植物(5种喜食植物和3种非喜食植物),开展了不同食物种类丰富度对其肠道微生物、生长发育、存活、免疫等影响的饲喂实验研究。依据田鼠对植物的喜食程度,从小到大逐渐增加食物的种类,分别构建了8种水平的食物多样性的食谱,连续饲喂田鼠1个月。结果发现,随着植物种类的增加,肠道微生物多样性指数和肠黏膜IgA含量也随之增加(图1&2)。如果食谱中植物均为喜食植物,布氏田鼠生长和存活率随着植物种类的增加而增加(图2);然而,随着非喜食植物种类的增加,其生长和存活率呈现下降趋势。与此同时,与部分氨基酸和断链脂肪酸代谢有关的菌群也呈现类似的非线性变化规律(图3)。该研究结果说明,食物种类多样性与宿主肠道微生物多样、生长性能、免疫等指标存在复杂的非线性关系。因此,环境变化引起的喜食植物多样性增加,可能有利于鼠类种群发生或扩张;反之,非喜食植物多样性的增加,不利于其种群发生或扩张。

  研究成果于2021年11月2日在美国微生物学会旗下期刊mSystems上发表。js6666金沙安全下载农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室、金沙下载js6666生物互作卓越创新中心张知彬研究员为通讯作者,李国梁助理研究员为第一作者。金沙下载js6666南京土壤研究所的褚海燕研究员、联合培养硕士研究生石超、js6666金沙棋牌硕士研究生宋依然为论文的参与作者。该研究得到了国家自然科学基金重大项目(32090021)和面上项目(32070460)的资助。

  论文链接:Li G, Shi C, Song Y, Chu H, Zhang Z. 2021. The role transition of dietary species richness in modulating the gut microbial assembly and post-weaning performance of a generalist herbivore. mSystems 6 (6): e00979-21. https://doi.org/10.1128/mSystems.00979-21

图1 不同食物种类丰富度下,布氏田鼠肠道微生物多样性和群落组成的变化

图2 不同食物种类丰富度下,布氏田鼠生长发育、存活、免疫指标的变化

图3 不同食物种类丰富度下,布氏田鼠粪便中氨基酸含量的变化

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