编译：微科盟Rivc，编辑：微科盟木木夕、江舜尧。
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导读
营养网络由许多微生物及其宿主的彼此相互作用组成。但是，对于驱动微生物群落变异的因素及其在野生群落中的相互作用的认识是有限的。为了研究整个营养网络中宿主微生物群之间的关系，本研究在科西嘉岛的九个地点研究了两种主要生产者（毛绒橡树和栎），主要消费者（毛虫）和次要消费者（蓝冠山雀）的细菌微生物区系。为了定量细菌菌群，在蓝冠山雀粪便，毛虫和叶片样品中扩增16s rRNA基因序列。结果表明，与来自两个营养级别的宿主相比，来自相邻营养级别的宿主的细菌菌群更相似。研究结果还揭示了两种橡树种以及不同部位的叶片之间存在的细菌菌群之间的差异。在每个营养级别内，细菌微生物群变异的主要驱动因素在空间尺度上是不同的，并且共享同一棵树或巢箱会增加毛虫和蓝冠山雀的细菌微生物群的相似性。这项研究量化了三级营养网络中宿主菌群的相互作用，并阐明了影响细菌菌群组成的因素如何在不同宿主之间变化。
原名：Bacterial microbiota similarity between predatorsand prey in a blue tit trophic network
译名：蓝冠山雀营养网络中捕食者与猎物之间的细菌群落相似性
期刊：The ISME Journal
IF：9.180
发表时间：2021.2
通讯作者：Hélène Dion-Phénix
通讯作者单位：蒙特利尔魁北克大学
这项研究是在9个研究地点（位于法国科西嘉岛卡尔维附近的两个山谷），安装了人工巢箱，用于长期监测科西嘉蓝冠山雀繁殖。在繁殖期间，成年蓝冠山雀被捕获在其巢中，收集粪便样本。为了代表蓝冠山雀饮食，收集了头三个毛虫。用消毒工具收集成年和雏鸟粪便样本和毛虫。最后，从收集毛虫的树上收集了十片橡树叶片。所有样品返回实验室后（取样后0-5小时）均保存在-20°C下。从制备的样品中提取DNA，并进行16s RNA测序。后续进行数据处理与分析。
叶片中发现的序列主要是Proteobacteria（占序列的45％），其次是Actinobacteria（占序列的26％）和Bacteroidetes（占序列的18％）（图1）。叶片中发现的最丰富的细菌家族是Hymenobacteraceae（16％序列），Burkholderiaceae（16％的序列），Microbacteriaceae (（15％的序列），Beijerinckiaceae（12％的序列）和Sphingomonadaceae（7％的序列）。在毛虫中发现的ASV主要由Proteobacteria（50％的序列），Actinobacteria（26％的序列），Firmicutes（8％的序列）和Bacteroidetes（6％的序列）主导（图1）。毛虫中最丰富的细菌家族是Burkholderiaceae（序列的20％），Anaplasmataceae（序列的10％），Corynebacteriaceae（序列的8％），Enterobacteriaceae（序列的8％）和Microbacteriaceae（序列的5％）。在蓝冠山雀粪便中发现的ASV由Actinobacteria（60％的序列），Proteobacteria（16％的序列）和Firmicutes（14％的序列）主导（图1）。在蓝冠山雀中发现的最丰富的细菌家族是Microbacteriaceae（序列的8％），Pseudonocardiaceae（序列的8％）和Micromonosporaceae（序列的6％）（见附表2和附图3）。
图1 每种宿主类型的细菌群落的菌群水平分类学组成。条形高度指示来自不同的ASV的相对丰度。这些站点按本地化分组。Avapessa，Feliceto和Muro位于Regino山谷，以落叶片橡木（D-Regino）为主。Arinelle，Filagna和Grassa位于Regino山谷，以常绿橡树（E-Regino）为主。Mont-Estremo，Pirio和Tuarelli位于Fango山谷，以常绿橡树（E Fango）为主。叶片，毛虫和蓝冠山雀的细菌微生物区系之间存在显著差异（PERMANOVA；寄主类型：R2 =0.044，P = 0.001）。在三种宿主类型中共有227个ASV（占样本中所有ASV的2.9％）共有。毛虫和蓝冠山雀的个体微生物群落组成的个体差异比叶片显著（表1； P =0.001）。如所预测的，叶片和毛虫细菌菌群以及毛虫和蓝冠山雀细菌菌群比叶片和蓝冠山雀细菌菌群更相似。实际上，在PCoA中（图2），橡树叶片的样本与毛虫的样本比蓝冠山雀的样本更相似，这由毛虫和蓝冠山雀细菌微生物群样本周围的置信椭圆重叠所证明。Venn图（图3）显示了在宿主类型之间共享的ASV比例。邻近营养水平的宿主具有更多的常见ASV（图3）。此外，营养级别较高的宿主（即蓝冠山雀）比其他两种宿主类型具有更多独特的ASV。附图4列出了与其他宿主共有的ASV比例。
图2 来自三种宿主类型（叶片，毛虫和蓝冠山雀）的微生物群样品的主坐标分析（PCoA）。每个样本都与宿主类型的中位数相关，并且每组均呈现一个标准偏差椭圆（68％置信椭圆）。对所有样本之间的弦距离矩阵进行PCoA分析。
图3 蓝冠山雀，毛虫和叶片细菌菌群之间共享的ASV数量。维恩图显示了三种主机类型之间共享的ASV的数量和括号中的比例。表1 通过群分散体的多元均一性测试评估的微生物群样本之间的方差差异。
每种寄主类型的细菌微生物结构在森林，位置和巢箱的空间尺度上都不同（表2）。森林菌群和位置之间细菌菌群组成的某些差异在细菌菌群样品的排序中可见（图4；PCoA）。树木物种影响了叶片的细菌菌群组成（表2）。森林和位置不会影响毛虫的细菌菌群，但是与其他巢箱周围的毛虫相比，在巢箱周围发现的毛虫具有更相似的细菌菌群组成（R2 =0.22，P = 0.03）。两种森林之间的蓝冠山雀细菌菌群没有变化，而巢箱解释了重要比例的变异（表2）。换句话说，蓝冠山雀内部的细菌菌群比位点之间和巢箱中的菌群更相似。对于每种宿主类型，除因子“部位”的毛虫细菌菌群和蓝冠山雀细菌菌群外，所有因素均通过了各组分散物的多元均一性测试。由于位点对毛虫细菌微生物区系的影响并不显著，但对于蓝冠山雀细菌微生物区系的位点效应，其影响可能是由于差异所致，而不是不同样品之间细菌组成的差异所致。表2 林分，森林，位置或巢箱对每种寄主类型微生物群落组成的影响。该表给出了PERMANOVA评估的R2。
图4 来自不同位置的每种宿主类型的微生物群样品的主坐标分析（PCoA）。介绍了在两个森林（a，c，e）中取样的叶片（a，b），毛虫（c，d）和蓝冠山雀（e，f）的微生物群，并介绍了九个地点（b，d，f）。Avapessa，Feliceto和Muro位于Regino山谷，以落叶片橡木（D Regino）为主。Arinelle，Filagna和Grassa位于Regino山谷，以常绿橡树（E-Regino）为主。Mont-Estremo，Pirio和Tuarelli位于Fango山谷，以常绿橡树（E-Fango）为主。每组呈现一个标准偏差椭圆（68％置信椭圆）。对每种宿主类型，在样品之间的和弦距离矩阵上进行PCoA分析。本研究使用16S rRNA基因扩增子测序研究了营养网络的三种宿主类型的细菌菌群。落叶片橡树和常绿圣栎的叶片细菌群主要由Proteobacteria, Actinobacteria和 Bacteroidetes组成。毛虫中的菌群是Proteobacteria，Actinobacteria，Fimicutes和Bacteroidetes，与其他有关毛虫微生物群的研究一样。蓝冠山雀粪便细菌菌群的分类学组成主要是Actinobacteria，Proteobacteria和Fimicutes。我们发现放线菌在鸟类的粪便中非常丰富，但是在其他研究中，这一组通常在鸟类的粪便菌群中并不占优势。在我们的研究中，蓝冠山雀肠道细菌的微生物群组成与密切相关的大山雀（Parus major）相似。在该物种中，细菌菌群主要由Firmicutes，Actinobacteria和较低丰度的Proteobacteria组成。与叶片子相比，蓝冠山雀和毛虫的细菌菌群个体差异更高。对于已知具有高度可变的微生物群的毛虫，这是可以预期的，但对蓝冠山雀的期望较小；先前对59种鸟类的肠道菌群的研究发现，在所有样本中都发现了约20％的所述细菌。在蓝冠山雀上的补充结果表明，细菌微生物群中个体差异的水平在鸟类分类群和种群之间是可变的。考虑整个研究区域时，叶片和毛虫细菌菌群以及毛虫和蓝冠山雀细菌菌群比叶片和蓝冠山雀菌群更相似，并且共有更多的ASV，这与它们在营养网络中的位置一致（图2和3）。我们的结果证实了以下预测：与被两个营养级分隔的宿主相比，相邻营养级的宿主具有更相似的细菌微生物群。与一种宿主类型相关的某些细菌可能在饮食中或通过直接接触已水平转移至另一种宿主类型。一些环境变量也有可能独立影响两种宿主类型，从而导致两种宿主的菌群组成相似。需要进一步的实验来确定导致这种模式的过程，但结果表明，空间邻近生活导致微生物群组成的相似性增加。3 不同宿主类型的细菌微生物群组成在空间尺度上的变化是不同的正如预期的那样，两种树种之间以及整个采样点的叶片细菌菌群都不同（表2）。宿主分类法是影响叶片微生物群组成的主要因素，与位置相关的环境变量也已显示出会影响细菌组成。一个令人惊讶的结果是细菌微生物群组成的变化更多地取决于采样点而不是树种。研究系统中的树种属于具有相同属，并且已经证明与植物遗传学密切相关的宿主分类群与更相似的微生物群相关。因此，这可能是为什么在我们的研究中，与采样位置相比，树木分类法不是细菌微生物群组成的主要驱动因素的原因之一。本研究发现林分之间和站点之间的毛虫细菌微生物群组成没有差异（表2）。在更精细的规模上，在同一巢箱周围采样的毛虫具有相似的细菌菌群，实际上，巢箱的位置被确定为细菌菌群多样性的主要决定因素之一（表2）。因此，微观环境（即巢箱周围的紧邻区域）对于塑造毛虫细菌菌群可能很重要。然而，另一项研究发现来自同一家巢收集的子毛虫的菌群没有相似性。经验证据不一，需要更多研究微观环境对昆虫微生物的影响，以解决昆虫微生物在空间尺度上如何变化的问题。蓝冠山雀菌群在三个空间尺度上结构化的预测得到了证实。林分对鸟类细菌群的影响很小，而立地对鸟类细菌群的影响则中等，巢箱对其细菌群的影响也很大（表2）。正如预期的那样，来自同一巢箱（即一对繁殖对和它们的雏鸟）的蓝冠山雀具有相似的肠道菌群。尽管我们无法区分这些原因，但结果表明，在塑造蓝冠山雀细菌微生物群方面，微环境比大规模环境更重要。
本研究分析了三种寄主类型的细菌微生物区系的组成：橡树叶片，毛虫和蓝冠山雀，它们是同一个营养网络的一部分。本研究为群落空间结构研究提供了机会，可以比较不同空间尺度上野生环境中来自营养网络的三种宿主类型细菌微生物群之间的关系。量化了宿主微生物群在三级营养网络中的相互作用，并说明了影响细菌微生物群组成的因素如何在不同宿主之间的变化。
