季节性饮食变化会驱动中华鼩(Myotis chinensis)肠道微生物群的适应性反应及其功能变化
《Ecology and Evolution》:Seasonal Dietary Changes Drive Adaptive Responses in the Gut Microbiota and Function of Myotis chinensis
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时间:2026年03月20日
来源:Ecology and Evolution 2.3
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**摘要**
肠道微生物群在宿主能量代谢和环境适应中扮演着至关重要的调节角色,其组成和功能受到饮食变化的显著影响。本研究采用高通量测序技术分析了中华鼠耳蝠(Myotis chinensis)的饮食组成及其肠道微生物群的季节性动态,并利用功能预测来探讨代谢途径的适应性变化。结果表
**摘要**
肠道微生物群在宿主能量代谢和环境适应中扮演着至关重要的调节角色,其组成和功能受到饮食变化的显著影响。本研究采用高通量测序技术分析了中华鼠耳蝠(Myotis chinensis)的饮食组成及其肠道微生物群的季节性动态,并利用功能预测来探讨代谢途径的适应性变化。结果表明,饮食组成存在明显的季节性变化:春季以鳞翅目昆虫为主(60.13%),初夏转为直翅目昆虫占主导(78.19%),夏末蜻蜓类成为主要捕食对象(79.99%),而秋季则以蛛形纲动物(47.93%)为主要类群。肠道微生物多样性在夏末达到最高值,在秋季降至最低。功能预测显示,夏季碳水化合物和氨基酸代谢途径显著上调,而脂质代谢及与冬眠相关的途径在秋季增强。这些饮食和微生物功能的协同调整有助于中华鼠耳蝠适应季节性的能量需求和极端气候条件。本研究为食虫蝙蝠的生态适应机制提供了新的见解。
**1 引言**
食虫蝙蝠是生态系统中的关键功能群,它们通过调节昆虫猎物种群数量来维护生态平衡。它们季节性的饮食转变是一种应对食物资源波动的关键适应策略。作为重要的代谢接口,肠道微生物组通过参与营养处理、能量代谢和免疫功能,与这些饮食变化及宿主的环境适应紧密相关(Clare等人,2014;Maurice等人,2015)。分子技术的进步,特别是DNA宏条形码技术和下一代测序技术,现在为准确描述野生动物的饮食组成和肠道微生物群提供了强有力的工具。这些方法已成为翼手目动物生态学和进化研究的基础(Taberlet等人,2012;Monterroso等人,2019;Xiao等人,2019;Li等人,2024)。食虫蝙蝠的捕食策略表现出显著的季节性异质性,这主要受到其节肢动物猎物种群的物候学影响(Gual-Suárez和Medellín,2021)。例如,Pachypus鼠耳蝠的捕食组成在春季以双翅目昆虫为主,而夏季则以膜翅目昆虫为主(Zhang等人,2005)。作为能够冬眠的恒温哺乳动物,蝙蝠的胃肠道微生物群也表现出明显的季节性动态,这些动态受到环境因素、生理状态、宿主遗传学和饮食摄入量的影响(Whitaker等人,2004;Lindsay等人,2020)。先前的研究表明,饮食组成是调节肠道微生物群的关键生态因素,营养谱的变化会直接导致微生物类群的结构重塑和功能多样性(Muegge等人,2011;Costantini等人,2024)。翼手目动物种群内部的季节性饮食转变会引发肠道微生物群的适应性调整,以优化宿主对可利用资源的消化和营养吸收。例如,Fuscus鼠耳蝠在猎物稀缺期间会转为以果实为食,从而增加了有助于碳水化合物分解的纤维素分解菌的丰度(Clare等人,2014)。同样,Io鼠耳蝠从夏季到秋季的饮食转变与肠道微生物的重构相关,以在迁徙或冬眠前增加能量储备(Gong,2022)。然而,关于季节性饮食变化如何机理上驱动食虫蝙蝠肠道微生物群功能重塑的研究仍较为有限,尤其是在系统阐明微生物代谢途径适应性方面。中华鼠耳蝠属于蝙蝠科(Vespertilionidae)和鼠耳蝠属(Myotis),广泛分布于中国的多个省份,包括陕西、浙江、江苏、安徽、四川和福建(Liu等人,2022)。在其分布范围内,这种蝙蝠主要栖息在大型洞穴中,个体单独或小群体悬挂在洞顶,并经常与其他蝙蝠形成混合种群(Sheng,2005)。该物种表现出明显的季节性行为: March末迁移到繁殖地,6月产仔,幼崽在7月中旬独立。繁殖季节为9月至10月,特征是雄性位于上方配对栖息(Shi等人,2006)。作为一种重要的食虫蝙蝠,它在自然害虫控制和生态系统稳定性中发挥着重要作用(Dong等人,1989)。基于饮食与肠道微生物群之间的已知联系,我们提出了以下假设:(1)不同季节的饮食组成变化与肠道微生物群结构的显著重组及特定细菌类群的相对丰度变化有关;(2)饮食和微生物的动态变化与微生物群推断的功能潜力的可预测变化相关,尤其是在每个季节中与营养利用相关的代谢途径的富集。为了验证这些假设,我们采用了DNA宏条形码技术和16S rRNA基因扩增子测序,结合基于KEGG的功能预测,系统地分析了中华鼠耳蝠的饮食和肠道微生物组的季节性变化。这种综合方法旨在阐明肠道微生物群对猎物资源波动的适应响应,包括分类结构的变化和代谢途径潜力的变化。本研究揭示了中华鼠耳蝠应对季节性环境压力的机制。同时,中华鼠耳蝠的饮食习性的季节性变化间接反映了当地昆虫群落的物候动态,从而为监测当地昆虫种群变化提供了生物学指标。
**2 方法**
**2.1 研究区域**
研究地点位于浙江省丽水市缙云县岭口村的一个废弃矿洞中(28°36′–28°39′ N,120°02′–120°05′ E)。该地区属于典型的亚热带季风气候,年平均气温在16.5°C至18.5°C之间,年降水量在1600至1800毫米之间。栖息地类型复杂多样,主要包括亚热带常绿落叶阔叶混交林、岩石山地灌木丛、耕作的旱地以及河流和湖泊湿地系统。该矿洞为石灰岩喀斯特地貌,入口朝南,深度约100米。洞内温度和湿度水平稳定,蝙蝠栖息区的温度范围为10°C–15°C,相对湿度始终超过80%。
**2.2 样本收集与处理**
野外采样在2023年3月至10月进行,包括春季(3月至5月初)、初夏(5月中旬至6月)、夏末(7月至8月)和秋季(9月至10月)。使用放置在洞口处的竖琴式陷阱捕捉蝙蝠后,将其存放在无菌无污染的亚麻袋中并运输至实验室进行进一步分析。最初记录了详细的外部形态测量数据,包括性别、体重、体长和翼展等关键指标,以确保样本的完整性和科学价值。新鲜粪便样本在处理过程中或从无菌容器中收集。运输过程中使用干冰将样本保持在-20°C。到达实验室后,所有样本被转移到-80°C的超低温冷冻柜中长期保存,直至DNA提取。在安乐死后,使用无菌镊子在解剖过程中无菌采集约200毫克的小肠内容物。标记后,样本迅速储存在-80°C的超低温冷冻柜中以保持低温稳定性。本研究共收集了40个中华鼠耳蝠的肠道内容物样本和40个粪便样本,每个季节期10个样本,粪便用于分析肠道微生物群,而小肠内容物用于研究饮食。
**2.3 饮食DNA宏条形码分析**
使用E.Z.N.A Soil DNA试剂盒从小肠内容物中提取DNA,然后进行均质化和裂解以确保高质量提取(Li,2022)。提取的DNA随后进行琼脂糖凝胶电泳,并使用NanoDrop 2000分光光度计评估其质量、浓度和纯度。之后将其储存在-20°C以备后续研究。为了分析中华鼠耳蝠的饮食,选择了线粒体细胞色素c氧化酶亚基COI基因区域作为目标片段。使用特定引物LCO1490(5′-barcode+GGTCAACAAATCATAAAGATATTGG-3′)和COI-CFMRa(5′-GGWACTAATCAATTTCCAAATCC-3′)进行PCR扩增。引物前的条形码有助于样本识别(Kim等人,2022)。PCR热循环条件如下:初始变性98°C 30秒,然后是25个循环的98°C变性15秒,50°C退火30秒,72°C延伸30秒,最后72°C延伸5分钟。扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳;目标片段被切下,使用凝胶回收试剂盒回收,并使用Quant-iT PicoGreen dsDNA测定试剂盒进行定量,随后进行文库构建。DNA片段经过Illumina TruSeq Nano DNA LT Library Prep Kit处理,包括末端修复、A碱基添加和测序接头连接。PCR扩增和纯化步骤后获得高质量的测序文库。经过质量控制后,这些文库在NovaSeq 6000平台上进行2×250 bp的 paired-end测序。所得测序数据使用QIIME 2软件处理,生成高质量的OTU数据。通过与GeneBank和BOLD数据库的比较,鉴定出代表性的OTU序列(将相似度达到97%的序列归入同一OTU);随后移除了低丰度OTU(所有样本中总测序深度的丰度值低于0.001%的OTU),以确保结果的可靠性。最后,使用R软件(包括Phyloseq、Vegan、ggplot2、DESeq2)进行OTU数据可视化,以提供关于中华鼠耳蝠饮食习性和生态适应机制的科学证据。
**2.4 肠道微生物16S rRNA扩增子的分析**
使用E.Z.N.A Soil DNA试剂盒从粪便样本中提取微生物基因组DNA,并使用琼脂糖凝胶电泳和NanoDrop 2000分光光度计评估DNA的质量和纯度。在进行后续分析之前确认样本的完整性。随后使用引物338F(5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′)和806R(5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)对16S rRNA基因的V3-V4高变区进行PCR扩增,然后进行文库制备以进行测序。在NovaSeq 6000平台上进行paired-end测序(PE250)(Teng等人,2022)。测序数据经过质量控制过滤、序列组装、嵌合体去除和扩增子序列变体(ASV)特征表的构建,以确保高质量的有效序列(将相似度达到100%的序列归入同一ASV)。
**2.5 池化样本的测序和差异生物信息学分析**
本研究通过整合池化样本测序和定制的生物信息学方法,研究了饮食与肠道微生物群在群体水平上的季节性关联。我们将每个季节期的粪便和肠道内容物样本等量混合,创建了代表性测序文库。这种设计捕捉了群体水平的季节性趋势,减少了个体噪声,并突出了季节性作为宏观生态驱动因素的作用(Maurice等人,2015)。对于饮食和微生物组数据集,我们使用了针对每个数据集内在特性的差异序列聚类技术,同时实现了每个分析模块的具体目标。在饮食宏条形码分析中,序列被分组为OTU,这是饮食生态学中的常规方法。这种方法有效减少了测序伪影,并解决了节肢动物参考数据库范围有限的问题,从而能够准确识别属或科级别的猎物种群,符合研究的中心生态目标(Deagle等人,2019)。对于肠道微生物组16S rRNA基因测序,则应用了ASV方法,提供了单核苷酸分辨率,以便更精细地区分密切相关的细菌谱系,并促进了研究结果的可重复性和可比性(Callahan等人,2016)。
**2.6 数据统计与分析**
创建Venn图以展示不同季节间共享和独特的ASV数量,重点关注饮食和肠道微生物群。对所有样本在不同分类水平上的饮食组成、肠道微生物群组成和相对丰度进行了统计分析。对中华鼠耳蝠在不同季节的饮食和肠道微生物组成进行了全面分析。首先计算了α多样性指数,包括Shannon-Wiener指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数。此外,使用主坐标分析(PCoA)分析了不同季节饮食组成和肠道微生物组成的β多样性,所有统计分析和可视化在R软件中进行,使用了phyloseq、vegan、DESeq2和ggplot2等包。为了识别可能在中华鼠耳蝠中季节性变化的关键食物项目和肠道微生物物种(即关键生物标志物),使用在线平台(Paisenno Gene Cloud)(Segata等人,2011)对不同季节的食物和肠道微生物序列的相对丰度进行了线性判别分析(LEfSe,LDA = 4.0)。建立了肠道微生物群与饮食组成之间的相关性。最终,PICRUSt2被用于预测肠道微生物组的代谢功能,并进行季节性丰度变化的分析(Dong等人,2022年)。
3 结果
3.1 测序质量和ASV分析
使用Illumina高通量测序技术和食物DNA宏条形码分析方法,从40个中国蝙蝠(Myotis chinensis)的肠道内容物样本中获得了总共4,010,329个有效序列,平均每个样本100,258个有效序列,最大有效序列数为112,123,最小有效序列数为96,942。所有样本都经过了OTU聚类,共鉴定出246个OTU,其中一个OTU在所有四个时间段都存在(图1a)。此外,通过16S rRNA测序分析中国蝙蝠的粪便样本中的肠道微生物群,我们获得了总共4,541,568个有效序列,平均每个样本113,539个有效序列,最大有效序列数为135,898,最小有效序列数为99,309。所有样本都进行了ASV聚类,共鉴定出6,082个ASV。将所有四个季节的ASV聚类在一起后,发现有67个ASV在所有40个样本中都存在。结果被分类到不同的分类水平:具体包括31个门、92个纲、173个目、328个科、614个属;某些与参考序列高度相似的ASV可以进一步预测到物种水平,总共包含822个物种(图1b)。
3.2 饮食习惯与中国蝙蝠的肠道微生物群
基于目级别的分析,中国蝙蝠的饮食组成包括八个昆虫目,它们的相对丰度表现出显著的季节性变化。春季,鳞翅目(Lepidoptera)占主导地位(60.13%),其次是蛛形目(Araneae)(13.18%)和双翅目(Diptera)(6.74%)。初夏时,饮食结构发生了显著变化,直翅目(Orthoptera)成为主要食物来源(78.19%),其次是蜻蜓目(Odonata)。夏末,蜻蜓目占79.99%,而直翅目(5.47%)和双翅目(5.2%)退居次要位置。秋季,蛛形目(Araneae)和鳞翅目(Lepidoptera)呈现出共同主导的模式(图2a)。属级别分析识别出23个不同的食物属群,排名前十的属具有明显的季节特异性。春季,Helicoverpa属成为主导属,相对丰度为79%;初夏,Neottiura属(52%)和Melanoplus属(48%)共同占主导;夏末,Pseudagrion属占饮食的81%;秋季,Tuta属(37%)和Neottiura属再次以33%的丰度出现(图2c)。
3.3 饮食习惯与肠道微生物群的组成
基于不同季节的饮食习惯和肠道微生物群组成的分析:(a) 按目级别的前八大饮食习惯;(b) 按门级别的前十名肠道微生物群;(c) 按属级别的前十名饮食习惯;(d) 按属级别的前十名肠道微生物群。基于16S rRNA基因测序的肠道微生物群分析显示,中国蝙蝠的肠道微生物群包括16个门、28个纲、41个目和189个属。在门级别,变形菌门(Proteobacteria)(34.2%)、厚壁菌门(Firmicutes)(28.7%)和衣原体门(Chlamydiae)(18.5%)是该物种肠道菌群中占主导的三个微生物组。值得注意的是,变形菌门在春季到夏末期间占主导地位,比例介于42.1%到38.6%之间,而厚壁菌门在秋季显著增加,占35.3%(图2b)。属级别的分析表明,Enterococcus属在整个季节中都是核心属,其相对丰度表现出季节性波动。春季占10.86%,初夏上升到16.00%,夏末达到高峰17.55%,秋季降至12.50%。次要的代表性属包括Lactococcus属和Serratia属,它们共同构成了肠道微生物群的主要功能组(图2d)。
3.3 饮食和肠道微生物群的季节性差异
饮食α多样性分析显示,在初夏三个组之间存在显著差异。根据香农指数(Shannon index),初夏组的多样性最高,且物种分布更为均匀,这反映在Pielou_e指数上,与其他组相比。相反,虽然根据辛普森指数(Simpson's index)春季组的多样性最高,但其整体多样性和香农指数及Pielou_e指数都较低。夏末和秋季组在所有三个多样性指数上的表现相对相似,没有观察到统计学上的显著差异(图3)。主坐标分析(PCoA)结果表明,由于食物组成的相似性,不同季节中国蝙蝠的饮食习惯在某种程度上有所重叠,而秋季样本的分散度更大,表明中国蝙蝠在秋季的食物组成和丰度变化更大。相比之下,春季和夏末样本的空间聚集更为紧密,表明这两个组之间的饮食相似性更高,组间差异较小(图3g)。
3.4 饮食习惯与肠道微生物群组成的相关性分析
斯皮尔曼相关性分析(Spearman correlation analysis)显示特定微生物属与饮食成分之间存在显著相关性:Enterococcus属与Helicoverpa属呈正相关(p<0.05),Lactococcus属与Tuta属呈正相关,而Shigella属与Melanoplus属呈正相关。值得注意的是,Serratia属与Tuta属、Neottiura属和Drosophila属呈显著的负相关(p<0.05),Morganella属与Drosophila属也呈显著的负相关(p<0.05)。在较高的显著性阈值(p<0.01)下,Candidatus arthromitus属与中国蝙蝠的Tuta属、Neottiura属和Drosophila属呈统计学上显著的正相关,而Citrobacter属与这些分类单元呈显著的负相关(p<0.05)(图5)。热图显示了前十种丰富肠道微生物属(Y轴)与饮食习惯(X轴)之间的相关性。颜色渐变从蓝色(表示负相关)到红色(表示正相关)。*表示相关性水平:*p<0.05,**p<0.01。本研究获得的相关性结果支持了通过LEfSe分析识别的属特异性差异,突出了季节性不同的微生物群落结构与饮食习惯之间的显著关联。这些发现表明,中国蝙蝠通过饮食选择和肠道微生物群组成的协同调节,发展出了有效的生理适应机制。这种适应策略可能是该物种应对季节性环境压力和生态资源波动的关键进化方法。
3.5 预测的肠道微生物功能的季节性差异
PICRUSt2的功能预测结果显示,在预测的肠道微生物的次要代谢途径中,某些途径存在显著的季节性变化。大多数途径在秋季的丰度显著增加,包括碳水化合物代谢、氨基酸代谢、翻译和修复途径。相反,只有少数途径在春季表现出较高的丰度,如与细胞群落-原核生物和信号转导相关的途径(图6)。
4 讨论
4.1 饮食驱动的肠道微生物群季节性重塑
中国蝙蝠的饮食习惯表现出显著的季节性动态,这驱动了其肠道微生物群的适应性重塑。春季,蝙蝠主要食用鳞翅目昆虫,这些昆虫的蛋白质含量相对较低。然而,在夏季,它们的饮食转向了直翅目和蜻蜓目,这两种昆虫的蛋白质含量显著更高(Churchward-Venne等人,2017年)。这种营养输入的变化可能与微生物群落的更替有关:夏季厚壁菌门的相对丰度显著增加。例如Lactococcus属通过分泌蛋白酶和短链脂肪酸合成酶加速蛋白质分解并促进能量转换。此外,短链脂肪酸作为关键能量来源,在蝙蝠繁殖季节和哺乳期发挥着直接作用(Gaudu等人,2019年;Lee等人,2025年)。另外,属于变形菌门的Enterococcus属也在夏季显著富集,进一步提高了蛋白质的利用效率。与这些发现相反,Lee和Kelleher报告称,哺乳期的蝙蝠通过摄入双翅目昆虫并选择高蛋白食物来有效满足其营养需求(Lee和Kelleher,2016年)。这种差异可能并不矛盾,而是反映了在不同生态环境下最佳觅食策略的差异。在我们的研究中,中国蝙蝠的夏季栖息地可能提供了“高质量、高生物量”的资源,如直翅目和蜻蜓目。在这种情况下,对这些富含蛋白质的大型猎物的“专门捕食”是最有效的能量满足策略。相比之下,在Lee和Kelleher(2016年)研究的环境中,双翅目昆虫可能相对丰富或更容易捕获,因此采用“多样化策略”——通过摄入双翅目昆虫来扩大饮食范围——是确保营养充足的有效方法。总的来说,这些发现表明,哺乳期的高能量需求可以通过不同的途径来满足,选择哪种途径本质上取决于当地的猎物群落结构和可获得性。此外,Whitby指出,尽管直翅目昆虫蛋白质含量丰富,但大多数物种是昼行性的,夜间活跃的物种很少,这使得蝙蝠难以捕捉它们(Whitby等人,2020年)。Laurent的研究还发现,与不哺乳的蝙蝠相比,哺乳中的蝙蝠体内放线菌的相对丰度较高,而厚壁菌门的相对丰度较低(Tarnaud,2006年)。这种微生物组成可能有助于增强脂肪代谢并减少脂肪储存,从而提高后代的存活率(Hamady等人,2008年)。这些研究强调了宿主生理状态的重要性,并表明未来的研究应该将饮食习惯、微生物组以及个体层面的精确生殖状态数据相互关联。随着秋天的临近,猎物的组成转向了蜘蛛目昆虫(相对丰度为47.9%),它们的外骨骼富含几丁质。这种变化促使肠道微生物功能转向几丁质的降解和脂质的储存(Macha?owski等人,2019年)。同时,PICRUSt2的功能预测表明,秋季脂肪代谢途径(例如ko00061脂肪酸合成途径)显著上调(p<0.05),这与属于厚壁菌门的Butyrivibrio属的丰度增加同步发生(Delphine等人,2007年)。这些发现表明微生物采用了一种“降解-转化”的双重机制,将几丁质来源的碳转化为脂质储备,为冬眠期间的代谢需求提供能量储备。饮食、微生物群和代谢功能之间的协同反应凸显了肠道微生物组作为生态桥梁的作用,帮助中华鼠耳蝠适应季节性的环境压力。
4.2 功能适应性支持环境适应
哺乳是雌性哺乳动物繁殖过程中能量消耗最大的活动(Vanslambrouck等人,2021年)。蝙蝠是唯一能够真正飞行的哺乳动物。在哺乳期间,雌性蝙蝠面临极高的能量需求——不仅要产生乳汁,还要在飞行中携带幼崽,这需要异常高的代谢消耗(Kunz等人,1995年;Mclean和Speakman,2002年)。因此,宿主的生殖状态是解释其能量代谢和潜在微生物功能的关键内在因素。中华鼠耳蝠肠道微生物群的功能适应性是其应对季节性环境挑战的基本机制。夏季,特别是夏末,是繁殖和哺乳的高峰期,伴随着能量需求的急剧增加。此时,猎物的组成主要为高蛋白的蜻蜓目昆虫,这显著增强了肠道微生物群中的氨基酸代谢功能。PICRUSt2分析显示,缬氨酸/亮氨酸/异亮氨酸降解途径(ko00280)的表达水平显著高于春季。同时,来自变形菌门的肠杆菌科和来自厚壁菌门的乳酸球菌通过分解猎物产生酮酸和ATP,可能有助于满足蝙蝠在长时间飞行和哺乳期间的能量需求(Famularo等人,2005年)。此外,富含在蜻蜓目昆虫中的含硫氨基酸(如甲硫氨酸)可以激活微生物的硫代谢途径,促进谷胱甘肽的合成,减轻飞行时经历的氧化应激,从而在整个繁殖期间维持生理稳态(Siddiqui等人,2024年)。秋季,猎物组成转向了蜘蛛目昆虫,其脂质含量在18%到25%之间。与此同时,肠道微生物功能转变为能量储存模式。厚壁菌门的相对丰度增加到66.8%,其中Butyrivibrio等核心基因族通过脂肪酸合成途径(ko00061)促进猎物脂质转化为短链脂肪酸。此外,这些微生物还激活了酮体代谢途径(ko00072),将乙酰辅酶A转化为β-羟基丁酸,为冬眠提供持续的能量(Immanuel等人,2012年;Liu等人,2024年)。
4.3 研究的局限性和未来展望
本研究结合了饮食宏基因组学和肠道微生物组测序,揭示了中国长耳蝠饮食、微生物群落结构和预测功能的季节性变化模式。然而,也应承认一些局限性,并为未来的研究指明新的方向。首先,为了直接评估季节作为宏观生态驱动因素的主导作用,我们采用了群体水平的混合样本策略。虽然记录了个体性别,但这种设计仅捕捉了群体层面的季节性趋势,无法统计分析宿主内在因素(如性别、哺乳状态)与季节性饮食如何相互作用以影响肠道微生物群。对标记个体的纵向研究将能够更精确地量化这些因素的相对贡献。其次,微生物功能的推断依赖于PICRUSt2从16S rRNA基因数据得出的预测,这反映了功能潜力而非体内的实际代谢活动。需要使用多组学方法(如宏基因组学、宏转录组学或代谢组学)进行直接验证,以确认所预测代谢途径在宿主适应中的具体作用。第三,采样时间仅限于3月至10月,未包括冬季的冬眠期。因此,对饮食-微生物群动态的全年视角是不完整的。收集冬眠前、冬眠期间和冬眠后的样本将有助于阐明肠道微生物如何在冬眠期间支持极度的能量保存和重新激活。
5 结论
本研究系统地阐明了中华鼠耳蝠季节性饮食变化与肠道微生物组结构和功能动态之间的协同适应机制,为提出的假设提供了有力支持。研究发现,中华鼠耳蝠的饮食组成存在显著的季节性变化:春季以鳞翅目昆虫为主,夏季以直翅目和蜻蜓目昆虫为主,秋季以蛛形纲动物为主。相应地,肠道微生物群的多样性也表现出动态变化,在夏末达到高峰,在秋季降至最低,微生物群落结构与不同季节的猎物资源组成密切相关。功能预测分析表明,在夏季,肠道微生物组上调了碳水化合物和氨基酸代谢途径,以满足宿主在繁殖期间的能量需求。秋季,与脂质代谢和冬眠相关的微生物途径得到丰富,有助于储存能量以度过冬季。这种“饮食-微生物群-代谢功能”的相互调整凸显了微生物组在宿主适应季节性环境压力中的关键作用。这些结果支持了我们的假设:饮食从鳞翅目向直翅目/蜻蜓目转变的过程中,肠道微生物群结构和特定细菌属(如乳酸杆菌、肠杆菌)的相对丰度发生了显著变化;这些变化与特定微生物代谢途径的富集相关(例如夏季的氨基酸降解和秋季的脂肪酸合成),这是基于基因组的潜力推断的。总体而言,这些发现表明,饮食驱动的肠道微生物群重组及其预测的代谢能力对中华鼠耳蝠的季节性适应至关重要。
作者贡献
熊若涵:概念化(平等参与),形式分析(平等参与),方法学(平等参与),可视化(平等参与),初稿撰写(平等参与),审阅和编辑(平等参与)。李静:概念化(平等参与),数据管理(平等参与),形式分析(平等参与),方法学(平等参与),审阅和编辑(平等参与)。王凯:数据管理(平等参与),验证(平等参与)。孔红英:数据管理(平等参与),形式分析(平等参与),可视化(平等参与)。戴正宇:资金获取(平等参与),资源协调(平等参与),监督(平等参与)。郑荣权:资金获取(平等参与),资源协调(平等参与),监督(平等参与)。
致谢
我们的研究得到了国家自然科学基金(项目编号31200323)、浙江省自然科学基金(LJHSD26C040001)以及浙江省穿山甲保护和抢救稀有濒危野生动物计划(KYH34424024)的资助。
本工作得到了国家自然科学基金(项目编号31200323)和浙江省自然科学基金(LJHSD26C040001)以及浙江省穿山甲保护和抢救稀有濒危野生动物计划(KYH34424024)的支持。
伦理声明
本研究中涉及动物的实验方案遵循了既定的动物福利和伦理标准。该方案已获得浙江师范大学动物伦理委员会的批准,机构审查批准编号为ZSDW2025044。
利益冲突
作者声明没有利益冲突。
数据可用性声明
本研究获得的中华鼠耳蝠的饮食和肠道微生物组测序数据已存储在Sequence Read Archive(SRA)中,访问编号为PRJNA1327667。详细元数据可以在https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/PRJNA1327667获取。研究中未使用专门的生物信息学工具或自定义脚本;所使用的分析工具均使用默认设置进行操作。
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