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2018-10-24浏览量:1729

西藏牧民的肠道菌群反映了城市化程度

文献ID

题目:Gut microbiota in Tibetan herdsmen reflects the degree of urbanization

译名:西藏牧民的肠道菌群反映了城市化程度

期刊:frontiers in microbiology

年份:2018.07.31      IF= 4.019

通讯作者:Anne G. Hoen 

通讯单位:李香真(中国科学院成都生物研究所);曲家鹏(中国科学院西北高原生物研究所)

材料与方法

于2016年9月至10月间,对生活在青藏高原青海省海南州的24个个体采集粪便样本。所有样本个体分为三个组,分别为传统牧民(TH)、半城市化牧民(SUH)和城市化牧民(UH),每组8个样本。每个参与者收集约5克新鲜粪便,放入10毫升无菌管中,储存在液氮中(−196℃)。UH组的样本来自贵南县,TH组和SUH组的取样点接近泽库县和同德县。抽样点之间的地理距离约为30公里。在过去的3个月里,没有一位参与者使用过任何抗生素,无人处于怀孕哺乳期或患病。

测序区域及平台

16S rDNA V4-V5区(F515-R909)

Miseq PE300测序

研究成果

1. 牧民样本特征和膳食结构

通过单因素方差分析,对牧民样本的年龄、身高、体重进行了统计,发现在各组间差异无显著性(P>0.05)。然而,饮食结构从TH组到SUH组到UH组有显著的转变(表1)。

表1. 西藏牧民的特点研究

2. 城市化进程中细菌类群的变化

在所有样本中,藏族牧民的肠道微生物以拟杆菌门(Bacteroidetes)(54.7%)、硬壁菌门(Firmicutes)(37.3%)、柔膜菌门(Tenericutes)(3.0%)、变形菌门(Proteobacteria)(2.4%)和放线菌门(Actinobacteria)(2.1%)为主。其他罕见的门(平均相对丰度<1%)包括蓝藻门(Cyanobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、梭杆菌门(Fusobacteria)和黏胶球形菌门(Lentisphaerae)(如图1)。

图1 传统牧民(TH)、半城市牧民(SUH)和城市牧民(UH)肠道菌群的组成,图中显示平均相对丰度大于0.1%

 在属层次上,筛选出17个指示性细菌属(平均相对丰度>0.1%)。在TH和SUH组中最丰富的属是普雷沃菌属(Prevotella),平均丰度分别为45.86%和36.14%。在UH组中相对丰度最高的是拟杆菌属(Bacteroides),为19.48%。

表2 各类群间的17个指示性细菌属(平均相对丰度>0.1%)及其指示值和显着性

 3. 肠道群落多样性随城市化进程的变化

α多样性分析中,OTUS和系统发育肠道微生物多样性随城市化程度变化不显著(单程方差分析,P>0.05) (图2)。

图2.组间α多样性指数(OTUS和系统发育多样性)的比较

 在β多样性方面,NMDS排序图显示了三个群体在社区组成和结构上的明显差异。基于PERMANOVA分析,研究人员发现生活方式(或城市化程度)显著影响群落组成(R 2=0.204,P<0.001)和结构(R 2=0.308,P<0.001)。

图3 从Jaccard和Bray-Curtis样本之间的距离导出的非度量多维尺度(NMDS)图

 根据Jaccard和Bray-Curtis距离,计算了肠道微生物组成的种群内和种群间差异。TH组的组内变异低于其他各组。然而,UH组肠道微生物群的变化要比其他组大。对于种群间变异,研究人员发现SUH组比UH组更与TH组相似。

图4 名牧民肠道微生物群的群内和群间变异(显著的差异用不同的字母来表示)

4. 基因功能随城市化的变化

基于L3层级的基因功能预测,Bray–Curtis的NMDS显示,总体城市生活方式在功能上没有显示出显著的影响(图S2)。但与代谢相关的主要功能,如碳水化合物代谢,脂类代谢,辅助因子和维生素的代谢,其他次级代谢物的生物合成,异生物质降解和代谢, TH和UH之间存在显著性差异(表S2)。

图S2 群体间3级预测基因功能的不同比较

表S2 TH组与UH组L3级预测基因功能的差异

研究结论

1. 城市化进程显著影响了西藏牧民的肠道菌群β多样性,而非α多样性;

2. 城市化程度的差异影响了碳水化合物及脂质代谢相关基因的功能;

3. 相比于随机因素,决定性因素(低膳食纤维饮食等)更多地影响了肠道菌群的组成。

亮点

将肠道菌群多样性与城市化相关进程联合起来,进行了跨学科的交叉研究,使得文章拥有更高的说服力。

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