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达尔文雀,加拉帕戈斯岛嗜血达尔文地雀(Geospiza septentrionalis)肠

达尔文雀,加拉帕戈斯岛嗜血达尔文地雀(Geospiza septentrionalis)肠

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背景

1835年,著名生物学家达尔文乘英国皇家海军“比格尔”号来到加拉帕戈斯群岛,这是一个位于太平洋赤道附近的群岛。每个岛上的生物都不一样。达尔文收集了这些岛屿。在鸟类标本之后,他惊讶地发现它们的多样性令人难以置信,而这些不起眼的鸟类也为达尔文的“物种起源”和“生物进化论”猜想奠定了重要基础。

达尔文雀,原产于加拉帕戈斯群岛的 19 种雀形目鸟类达尔文雀,由于生态地理隔离、特定的喙结构和摄食习性(种子、虫子和血液)的差异,导致它们形成“适应性辐射” 尽管已经对这些标志性鸟类进行了研究达尔文雀,加拉帕戈斯岛嗜血达尔文地雀(Geospiza septentrionalis)肠,但尚未探索它们的肠道微生物群结构和影响它的因素。本文作者对达尔文雀的物种差异、生态地理位置和摄食习性进行了调查。研究成果于2018年发表在国际知名微生物学TOP期刊Microbiome上达尔文雀,加拉帕戈斯岛嗜血达尔文地雀(Geospiza septentrionalis)肠,该期刊近五年影响因子10.9分。

研究方法

采样:9个地理上孤立的岛屿,12种达尔文雀,114个粪便样本,2个季节(旱季+雨季)。

微生物多样性:16S rRNA V4 (515F/806R),IlluminaPE 250。

影响因素:季节、岛屿、摄食习惯和雀类。

鸟类饮食:羽毛蛋白(δ13C、δ15N 和 δ34S)的同位素标记。

图1.加拉帕戈斯群岛达尔文雀肠道微生物组样本采集图

饼图:不同岛屿上每种达尔文雀的粪便样本数量;系统发育树状图:目标达尔文雀的进化关系。

结果

达尔文雀的核心肠道微生物是厚壁菌门、变形菌门和放线菌门

研究发现,3 种核心肠道微生物:厚壁菌门、变形菌门和放线菌门(门级)分别占总丰度的 50%、40% 和 8%,与其他热带鸟类相当。肠道微生物组(门水平)在结构上是一致的。肠杆菌和肠球菌在所有样本中均有分布,志贺氏菌仅在达尔文岛的达尔文雀中发现(图2)。

图2.达尔文雀肠道微生物群落结构

横坐标:红色表示旱季;蓝色表示雨季。每个样本的平均值2.5W reads,由297个OUT(97%相似聚类)组成达尔文雀,截取每个样本前1%的物种丰度。

表格1.达尔文雀的样本量、饮食分类和阿尔法多样性

Geospiza septentrionalis 具有独特的肠道微生物结构

嗜血达尔文雀:以鲣鸟(一种热带海鸟)的血和卵为食,以鱼为食,因此嗜血达尔文雀类似于海洋食肉动物 δ15N 结果,而其他岛屿上的达尔文雀则以种子和昆虫为食. δ15N结果表明嗜血达尔文雀的摄食习性与G. fortis和G. fuliginosa有显着差异(p<0.0001),但大于海洋食肉动物(北极熊) ,海狮)(图3A)。NMDS结果显示嗜血达尔文雀的肠道微生物组与G. fortis和G. fuliginosa的肠道微生物组有显着差异(图3B)。

图3. A:同位素δ15N和δ13C研究狼和圣克里斯托巴岛嗜血的达尔文雀(Geospizaseptentrialis)、小地雀(G. fortis)和中地雀(G. fuliginosa)饮食,三者分别是红色三角形、绿色正方形和绿色圆圈,形状用形状表示,其他动物(人、狐狸和海鸥等)用灰色圆圈表示(来自公开数据); B:基于 OUT 的非度量多维尺度 (NMDS)。 3 种具有不同饮食习惯(嗜血、吃种子)的物种。达尔文雀肠道微生物的β多样性。

●季节变化(旱季和雨季)显着影响达尔文雀肠道微生物结构

图4. NMDS:达尔文雀种类(A)、摄食习性(B)、岛屿(C)以及旱季和雨季(D)对达尔文雀肠道微生物组的影响。 (基于 97% 相似度 OUT Clustering,椭圆置信度 90%)

图5.聚类热图:达尔文雀肠道微生物群的不同季节(干旱、雨水)和不同物种(12种)。

横坐标:红色是旱季,蓝色是雨季。

横坐标:红色是旱季,蓝色是雨季。

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总结

除了嗜血的达尔文雀(Geospiza septentrionalis),其他达尔文雀的肠道微生物结构几乎没有差异。前者有6种食肉鸟类或爬行动物,包括梭杆菌属和鲸蜡杆菌属。道微生物。通过δ15N同位素标记发现嗜血达尔文雀的饮食与海洋肉食动物相似。季节变化对达尔文雀的肠道菌群影响更大。

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