果蠅腸道常見(jiàn)微生物、運(yùn)動(dòng)性基因及在宿主中的生態(tài)策略
果蠅(Drosophila melanogaster)是研究宿主與腸道微生物互作的重要模式生物。過(guò)去認(rèn)為其腸道微生物主要由食物決定且變化較大，但越來(lái)越多研究表明，果蠅實(shí)際上對(duì)其微生物群落具有一定選擇能力，且一些微生物特征可能有助于其在果蠅腸道中穩(wěn)定存在。特別是“運(yùn)動(dòng)性”（即細(xì)菌借助鞭毛等結(jié)構(gòu)移動(dòng)的能力）近年來(lái)被認(rèn)為可能有助于微生物定殖和擴(kuò)散。然而，目前我們對(duì)這種運(yùn)動(dòng)性是否影響果蠅腸道菌群在野外自然條件下的組成知之甚少。為了探索這一問(wèn)題，研究人員假設(shè)那些具備運(yùn)動(dòng)相關(guān)基因的細(xì)菌可能在果蠅體內(nèi)出現(xiàn)頻率更高，且超出了純粹隨機(jī)擴(kuò)散所能解釋的范圍。
研究方法：
研究團(tuán)隊(duì)重新分析了野外采集果蠅的16S擴(kuò)增子數(shù)據(jù)和宏基因組數(shù)據(jù)，并聚焦于四類(lèi)常見(jiàn)的果蠅相關(guān)細(xì)菌屬：Commensalibacter、Gluconobacter、Lactobacillus和Tatumella。他們將這些菌屬在果蠅體內(nèi)的豐度與運(yùn)動(dòng)相關(guān)基因（如鞭毛組裝和趨化性基因）的表達(dá)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析，并將結(jié)果映射到“中性模型”上。中性模型是生態(tài)學(xué)中的一種基準(zhǔn)框架，假定所有微生物具有相同的擴(kuò)散能力，群落組成主要由隨機(jī)漂變決定。研究者通過(guò)這一模型來(lái)識(shí)別哪些細(xì)菌的分布模式顯著高于隨機(jī)擴(kuò)散預(yù)期，可能暗示存在“宿主選擇”或適應(yīng)性?xún)?yōu)勢(shì)。
主要結(jié)果與發(fā)現(xiàn)：
首先，作者在53個(gè)野外果蠅樣本中鑒定出108個(gè)ASVs（擴(kuò)增子序列變體），發(fā)現(xiàn)以Acetobacterales、Gammaproteobacteria和Lactobacillales為主的細(xì)菌群落在樣本中占主導(dǎo)地位，Commensalibacter、Gluconobacter、Tatumella和Acetobacter出現(xiàn)在約95%的樣本中。
隨后，通過(guò)宏基因組測(cè)序與功能注釋?zhuān)芯堪l(fā)現(xiàn)這些腸道細(xì)菌的代謝能力存在明顯差異，與菌群組成密切相關(guān)。在與運(yùn)動(dòng)功能的關(guān)聯(lián)分析中，發(fā)現(xiàn)共有126個(gè)基因特征與至少一個(gè)ASV顯著相關(guān)，其中有16種基因功能與5個(gè)以上的菌屬相關(guān)。特別地，關(guān)于運(yùn)動(dòng)性的功能，如鞭毛裝配與化學(xué)趨化途徑，在四個(gè)菌屬中均表現(xiàn)出顯著相關(guān)性，尤其是Gluconobacter和Tatumella的相關(guān)性最為強(qiáng)烈（p值<10??，F(xiàn)DR校正后仍顯著），Lactobacillus也表現(xiàn)出較弱但統(tǒng)計(jì)意義存在的相關(guān)性，而Commensalibacter則呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。
接著，作者將這些帶有運(yùn)動(dòng)基因的菌屬分布與中性模型進(jìn)行比對(duì)。結(jié)果顯示，85.1%的菌屬分布符合中性模型預(yù)測(cè)，但約10.7%的菌屬在模型預(yù)測(cè)之上顯著富集，其中包括Gluconobacter、Tatumella和Lactobacillus，而只有4.2%的菌屬落在模型預(yù)測(cè)值之下。這說(shuō)明帶有運(yùn)動(dòng)基因的菌屬更可能在果蠅體內(nèi)以高于隨機(jī)擴(kuò)散預(yù)期的頻率存在，提示這些基因功能可能使微生物獲得宿主環(huán)境中的“適應(yīng)性選擇優(yōu)勢(shì)”。
此外，Commensalibacter的不同ASV在中性模型中出現(xiàn)了三種模式：有些高于預(yù)期（說(shuō)明受到宿主選擇），有些與模型預(yù)測(cè)一致，還有少數(shù)低于預(yù)期（可能受到排斥）。這表明即使在同一屬中，不同菌株可能也具備不同的定殖策略。
總結(jié)：
本研究明確指出，果蠅腸道中常見(jiàn)的幾種細(xì)菌屬與運(yùn)動(dòng)性基因密切相關(guān)，并且這些基因的存在使得細(xì)菌更容易在野外果蠅體內(nèi)維持較高豐度，可能有助于其定殖與傳播。這一發(fā)現(xiàn)不僅補(bǔ)充了我們對(duì)果蠅腸道菌群組裝機(jī)制的理解，也驗(yàn)證了中性模型在微生物功能與生態(tài)適應(yīng)性研究中的應(yīng)用潛力。盡管如Lactobacillus也能通過(guò)非運(yùn)動(dòng)機(jī)制如表面黏附素實(shí)現(xiàn)定殖，但總體來(lái)看，運(yùn)動(dòng)性基因是果蠅微生物群落組成中不可忽視的重要因子。未來(lái)可進(jìn)一步結(jié)合其他功能特征（如代謝能力、黏附性等）探討微生物在宿主中的生態(tài)策略。
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