《Frontiers in Microbiomes》：Variation in cloacal microbiota of Canada goose (Branta canadensis) across rural and urban areas in Illinois, USA
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摘要
引言：鸟类的泄殖腔微生物群受宿主因素、饮食、环境暴露的影响，而野生鸟类栖息地与人类发展之间日益增加的交叉可能对这些群落产生影响。然而，城市化对伊利诺伊州草食性水禽的影响仍知之甚少。方法：在本研究中，研究人员利用16S rRNA基因V4区域扩增子测序，
摘要
引言：鸟类的泄殖腔微生物群受宿主因素、饮食、环境暴露的影响，而野生鸟类栖息地与人类发展之间日益增加的交叉可能对这些群落产生影响。然而，城市化对伊利诺伊州草食性水禽的影响仍知之甚少。方法：在本研究中，研究人员利用16S rRNA基因V4区域扩增子测序，对来自伊利诺伊州城乡区域的106只加拿大雁（Branta canadensis）的泄殖腔微生物群进行了表征，并评估了宿主年龄、宿主性别及人口密度与微生物群落结构之间的关联。结果：泄殖腔微生物群包括29个门（phylum）、56个纲（class）和至少131个目（order），以Bacillota、Actinomycetota、Pseudomonadota和Bacteroidota为主导。常见的肠道相关分类群包括Clostridium、Ruminococcus和Eubacterium，而植物和土壤相关细菌（包括固氮的Rhizobiaceae科成员）可能反映了觅食过程中的饮食和环境获取。Alpha多样性指标在宿主年龄或性别间无显著差异，但农村样本的ASV丰富度显著高于城市样本。相反，Beta多样性分析表明，宿主年龄是与微生物群落组成差异相关的最强因素，人口密度具有额外但较弱的影响，而宿主性别的影响相对较小。讨论：总体而言，这些结果表明，生态背景（包括栖息地类型和环境暴露）与加拿大雁泄殖腔微生物群的变异相关，尽管其他未测量的环境和空间因素也可能导致观察到的模式。本研究提供了伊利诺伊州加拿大雁在不同年龄类别和栖息地中微生物群变异的基线特征，并强调了在解释野生动物相关微生物群落时考虑生态背景的重要性。
**研究背景与现存问题**
鸟类肠道微生物群（microbiota）受宿主因素、饮食及环境暴露的共同塑造，其中野生鸟类栖息地与人类开发区域的重叠日益增加，可能显著改变微生物群落的结构与功能。然而，针对草食性水禽（如水禽）在城市化和农业景观中的微生物响应研究仍较有限。现有研究多聚焦于人类或农业物种的肠道微生物，对野生鸟类（尤其是迁徙水鸟）的关注不足；而关于加拿大雁（Branta canadensis）的先前工作虽涉及多个美国的州（如康涅狄格州、华盛顿州等），但缺乏对中西部地区（如伊利诺伊州）的系统性采样。在此背景下，研究人员假设：城市与农村栖息地因环境过滤和资源差异会导致微生物群落组成差异；宿主年龄（幼鸟 vs. 成鸟）会影响微生物群落组装；宿主性别对微生物变异的影响相对较小。本研究旨在通过分析伊利诺伊州城乡加拿大雁的泄殖腔微生物群，揭示城市化与宿主特征对微生物多样性和组成的影响，为理解野生动物作为环境微生物哨兵的作用提供基线数据。该论文发表在《Frontiers in Microbiomes》。
**主要关键技术方法**
研究人员采用16S rRNA基因V4区域扩增子测序（Illumina MiSeq平台）对样本进行表征。序列处理使用DADA2流程生成扩增子序列变体（ASV），并通过SILVA数据库（silva_nr99_v138.2）进行分类学分配。Alpha多样性计算包括观察ASV丰富度、Faith’s系统发育多样性（PD）及其标准化效应量（SES.PD）；Beta多样性基于Bray–Curtis相异度（分类学）和广义UniFrac距离（α=0.5，系统发育），并通过置换多因素方差分析（PERMANOVA）、相似性分析（ANOSIM）和envfit函数检验宿主年龄、性别及人口密度（城乡类别）的效应。样本来源于伊利诺伊州8个县的106只加拿大雁，城乡分类基于3 km半径内人口密度和500 m缓冲区内不透水表面百分比。
**研究结果**
**3.1 DNA提取、Illumina测序指标与Alpha多样性指标**
DNA平均浓度为3.5 ng/μL，测序获得15,008,466条双端读数，产生15,031个ASV，其中78.4%归类为细菌。Alpha多样性指标（观察ASV丰富度和SES.PD）在宿主年龄和性别之间无显著差异；但农村样本的ASV丰富度（均值215.24）显著高于城市样本（均值167.51），而SES.PD无差异。
**3.2 分类学组成与分布**
泄殖腔微生物群包含29个门、56个纲、至少131个目，以Bacillota（46.7%）、Actinomycetota（16.4%）、Pseudomonadota（15.3%）和Bacteroidota（9.7%）为主。最普遍的属为Corynebacterium（89.6%个体）和Pseudomonas（86.8%）。常见肠道相关属包括Clostridium、Escherichia、Eubacterium和Ruminococcus；环境相关属包括Rhizobiaceae科（固氮菌）及Acidibacter等。城市样本中Gleimia和Sporosarcina相对丰度较高，其中Gleimia在幼鸟中更高，Sporosarcina在成年雄鸟中更高。潜在人类相关分类群Clostridioides difficile仅在两个样本中低丰度检出。
**3.3 Beta多样性指标**
基于相对丰度和存在-缺失数据集的Beta多样性分析表明，宿主年龄在所有统计方法（envfit、PERMANOVA、ANOSIM）中均与微生物群落组成显著相关，人口密度在两个分析（ANOSIM和PERMANOVA）中显著，宿主性别无显著效应。系统发育Beta多样性（广义UniFrac距离）同样显示宿主年龄（R2=0.026，p=0.001）和人口密度（R2=0.015，p=0.037）显著，宿主性别不显著。门水平上，Entotheonellaeota和Methylomirabilota仅在一只成年城市雄鸟中检出，Chlamydiota主要在成年农村雄鸟中反复出现，Spirochaetota仅在一只幼年农村雌鸟中检出。
**讨论总结**
研究结果表明，宿主年龄和人口密度与泄殖腔微生物群落组成差异相关，而Alpha多样性除农村样本ASV丰富度更高外，其余指标在组间稳定。较低的R2值说明这些因素仅解释总变异的一小部分，提示其他未测量的环境（如气候、土壤）和空间因素也起到作用。农村样本更高的ASV丰富度可能源于更高的栖息地异质性和饮食多样性，但系统发育结构未改变，表明额外分类群来自相似进化谱系。
**结论翻译**
总之，本研究提供了伊利诺伊州留居加拿大雁泄殖腔微生物群的初步特征，并确定了细菌群落组成与宿主年龄以及人口密度（沿城乡梯度）之间的关联。除农村样本的ASV丰富度高于城市样本外，Alpha多样性指标在宿主特征间基本一致；而Beta多样性分析揭示了群落组成的显著差异，尤其是与宿主年龄的关联。这些发现表明，尽管总体多样性相对稳定，微生物群落组成仍随生态和宿主相关梯度变化。尽管检测到一致的模式，但模型的解释力相对有限，表明其他未测量的环境和空间因素可能导致了微生物群变异。重要的是，某些细菌属（包括Acinetobacter、Streptococcus、Bacteroides和Clostridioides）的反复检出，提示这些分类群可作为未来研究环境微生物暴露及潜在公共卫生意义的靶标。总体而言，这些结果支持加拿大雁微生物群与局部生态背景（而非仅宿主内在因素）更密切相关的观点，尤其是在群落组成方面；然而，推论范围仍限于采样群体。未来需要更广泛的地理复制、纵向采样和环境比较，以更全面地解析这些微生物群落的驱动因素和稳定性。
