Відмінності мікробіомів кишечника між диким та чорним носорогом у полоні - наслідки для носорога
Предмети
Анотація
Вступ
З більш ніж 100 000 вільно вигулюваних африканських чорних носорогів у 1960-х роках цей вид, що перебуває під загрозою зникнення, зменшився більш ніж на 90% до приблизно 5000 тварин сьогодні 1. У середньому понад 1000 носорогів щороку браконьєрується в країнах ареалу, серед яких Південна Африка, Намібія, Кенія та Зімбабве 1. В даний час в зоологічних закладах Північної Америки мешкає менше 100 чорних носорогів (південний та східний підвид разом узятих) як резервуар проти потенційного зникнення 2. Однак ex situ населення відчуває власні загрози виживанню, включаючи безліч незвичних синдромів хвороб, які зазвичай не описані в дикій природі 3,4,5,6,7,8,9,10, а також погане відтворення 11,12 та фрагментованість популяцій 3. Нещодавні дослідження серед ссавців припустили, що мікробіомічні відмінності між дикими популяціями та популяціями, що перебувають у неволі, можуть впливати на загальний стан здоров'я в цілому, а також на функції травлення та імунітету, зокрема 4 .
Результати
Мікробіом кишечника
Прочитайте підходи до картографування та вилучення
Всі вибірки були послідовно розміщені на глибині щонайменше 6,9 мільйона зчитувань парного кінця на зразок, в середньому 12 479 613 зчитування парних кінців. Дуже мало прочитаних даних було відкинуто під час якісного обрізання (3,16%); середній показник якості в середньому становив 12 085 574 зчитування парних кінцівок на зразок.
Загалом, низькі показники картографування (Таблиця 1 Середній відсоток відображення для всіх програмних платформ для метагеномічного картографування.
Багатство оперативної таксономічної одиниці (OTU) не відповідало зразкам і на нього впливав використаний набір для вилучення. Зразки, видобуті ZymoBIOMICS, мали в середньому більше звернень OTU порівняно із зразками MoBio PowerFecal, незалежно від походження (дикий проти неволі; p = 0,099). PathoScope призначив більшу частку зчитувань набору диких зразків (R2-R11), які зберігалися в екрані Zymo DNA/RNA і витягувались за допомогою набору ZymoBIOMICS DNA Miniprep (в середньому 447354 зчитування), ніж дикі зразки, заморожені та екстраговані MoBio PowerFecal комплект (у середньому 155 729 читань). Дикі зразки Zymo мали в середньому 350 OTU на видовому рівні, тоді як дикі зразки MoBio мали 250 OTU (p = 0,036). Таким чином, метод збору впливав на склад мікробіомів. Спостережувані спільноти помітно різнилися між екстрагованими MoBio та Zymo екстрактами зразків (PERMANOVA, p Рисунок 1
Склад мікробіома носорога, визначений PathoScope, розбитий за (A) тип і () класу, згрупованого за диким та захопленим хостом. Порожній простір являє собою прочитання бактерій, не ідентифікованих у відповідному таксономічному рангу. Такса, що становить в середньому менше 1% зчитувань та менше 5% у всіх зразках, була відфільтрована для візуалізації.
На рівні класу та класу кількість кількох бактерій відрізняє мікробіоми носорогів на основі дикого та неволі. Аналіз на рівні роду виявив більші відмінності між дикими та полоненими носорогами (рис. 2А). Роди Ешерихії, Осцилібактер, Псевдобутирівібріо, і Трепонема були вищими у диких носорогів, тоді як Бактероїди і Превотелла були збільшені у всіх неволі. Однак як дикі, так і носороги, що перебувають у неволі, експресували основні групи мікробів для травлення (целюлолітичні, амілолітичні), але були представлені різними видами (тобто, функціонально подібними, але таксономічно різними мікробіомами; рис. 2Б). Існував також ряд видів, котрі по-різному були поширені між дикими та носорогами в полоні. Наприклад, бактерії, що продукують метан Methanocorpusculum bavaricum (р = 0,0059) було більше у диких носорогів, тоді як у носорогах, що перебувають у полоні Methanobrevibacter ruminantium (p = 2,06e-28). Bacteroides fragilis (p = 0,0005), Steptococcus suis (p = 3,94e-15), і кишкова паличка (p Рисунок 2
Склад бактеріального мікробіома чорного носорога, визначений PathoScope, розбитий за (A) рід і (), згруповані за дикими проти хазяїнів, що перебувають у неволі. Порожній простір містить бактеріальні показники, не ідентифіковані у відповідному таксономічному рангу. Такса, що становить в середньому менше 1% зчитувань та менше 5% у всіх зразках, була відфільтрована заради візуалізації.
Звичайні таксони були знайдені серед диких та носорогів у полоні відповідно, що свідчить про основний мікробіом носорога на основі статусу полону (Додаткова таблиця S1a, b). Тип Firmicutes домінував у мікробіомі як диких, так і полонених носорогів, що становило 32,7% та 20,8% від загальної кількості відтворених зображень та 51,1% та 48,0% основного мікробіома, відповідно. Однак наступним провідним домінуючим типом у диких носорогів були протеобактерії (23,6%) та Bacteroidetes (17,6%), тоді як Bacteroidetes були другим домінуючим типом у мікробіомі у полоні носорога (42,4%).
Хоча таксономічний склад носорогів показує відмінності між дикими мікробами та кишечником у неволі, показники альфа-різноманітності між цими двома групами були подібними. Однак спостережуване видове багатство (р = 0,082) вказувало на те, що дикі носороги мають вищу медіану спостережуваного багатства ОТУ (
335) порівняно з полоненими (
220) (рис. 3), що узгоджується з усіма таксономічними результатами. Індекси різноманітності як Шеннон (p = 0,36), так і Сімпсон (p = 0,69) вказують на те, що носороги демонструють високу різноманітність, незалежно від їх походження (дикі проти неволі), а дикі носороги демонструють дещо (але не суттєво) вищу різноманітність (рис. 3). Для всіх трьох показників альфа-різноманітності зразки, отримані від диких носорогів, демонстрували більшу дисперсію разом із більшою кількістю відхилень порівняно із зразками, що перебувають у неволі, та згруповані разом залежно від їх походження (дикий проти неволі; Рис. 4). Ці закономірності відповідали як індексам Жаккарда, так і Брея-Кертіса. Крім того, ці закономірності узгоджувались між результатами PathoScope (рис. 4A, B) та результатами PhyloSift (рис. 4C, D). Показники відмінності, виміряні окремо за індексами Брея-Кертіса, Жаккарда та Дженсена-Шеннона (JSD) з 10000 перестановок, були дуже значущими (PERMANOVA, p = 9,999e-05), репрезентативні для центроїдів, що відрізняються між двома групами . Це свідчить про те, що дві групи мають різні та різні спільноти. Ділянки ординації разом з ПЕРМАНОВОЮ показали, що мікробіоми носорогів були більш схожими на інших носорогів з однаковим статусом полону, причому дикі носороги демонструють значно більші варіації та ареал, ніж носороги в полоні.