Trois longue distance migrateurs et des zones humides herbivores Anseriformes dépendants ont été pris en compte dans cette étude, y compris les plus blancs albifrons oie Anser, oie de haricot fabalis Anser et cygne oie cygnoides Anser. Contrairement à la tendance à la hausse en Corée du Sud ou le Japon, l'abondance de ces oies se rétrécit en Chine, en particulier l'oie de cygne qui a été classé comme vulnérable par IUCN19. Cette situation peut se rapporter à la sélection de l'alimentation qui est considéré comme l'un des facteurs les plus importants qui influent sur l'abondance et les distributions de waterbirds20. En Corée du Sud ou le Japon, l'hivernage des oies principalement nourrir sur les terres agricoles; tandis qu'en Chine, leurs homologues habitent encore des lacs naturels et des zones humides associées reposant sur Carex prairie et tubers21,22,23 souterraine. Les changements dans la dynamique des populations d'oies en Chine peuvent résulter de la détérioration de ces habitats naturels et la réduction des resources21,22 alimentaire approprié. Cependant, le mécanisme détaillé de la sélection de l'alimentation des oies reste unclear22. Comme microbiote intestinal peut co évoluer avec le régime selection24, l'analyse de ces microbes peuvent nous aider à comprendre la préférence des oies des aliments naturels en Chine et de fournir de nouvelles perspectives pour conservation25 oies. Néanmoins, on sait peu sur le microbiote intestinal ou de leurs fonctions dans les oies. Cette étude peut être une première tentative d'examiner le microbiote intestinal d'hivernage, les oies sauvages dans des conditions alimentaires naturelles dans la plaine inondable du fleuve Yangtze qui fournit la base pour les futures études comparatives avec la même espèce, qui sont confinées à des habitats agricoles dans d'autres parties du nord hémisphère.

Nous avons inclus les trois espèces de Shengjin Lake et du lac Poyang pendant la période d'hivernage pour documenter les similitudes et les différences dans l'oie microbiote intestinal. séquençage à haut débit de 16S ARNr région V4 et une série d'analyses statistiques ont été effectuées pour (i) décrire la structure de la communauté microbienne et de la composition; (Ii) identifier les conducteurs d'ensembles gut microbiote; (Iii) élucider les fonctions potentielles de ces microbes.

ResultsOverview

6: prédictions fonctionnelles de tous les échantillons en utilisant PICRUSt (a) Variations des familles de gènes fonctionnels à travers quatre groupes.. (B) l'analyse en composantes principales (ACP) montrant la diversité fonctionnelle microbienne dans tous les échantillons. (C) Histogramme montrant les dix voies de gènes dominants dans quatre groupes. GWFG SJL se réfère à 22 échantillons d'oie rieuse à Shengjin Lake. GWFG PYL se réfère à 19 échantillons de oie rieuse au lac Poyang. BG PYL se réfère à 18 échantillons d'oie de haricots au lac Poyang. SG PYL se réfère à 14 échantillons de cygne d'oie au lac Poyang.

1: composition du microbiote intestinal de niveau Phylum des oies herbivores (a) la contribution relative de l'phyla dominante dans tous les échantillons.. (B) de l'abondance relative de ces taxons dans les quatre groupes d'échantillons. Les échantillons sont regroupés en fonction de l'emplacement d'échantillonnage et d'espèces. (C) de l'abondance relative de ces taxons dans chaque échantillon. GWFG SJL se réfère à 22 échantillons d'oie rieuse à Shengjin Lake. GWFG PYL se réfère à 19 échantillons de oie rieuse au lac Poyang. BG PYL se réfère à 18 échantillons d'oie de haricots au lac Poyang. SG PYL se réfère à 14 échantillons de cygne d'oie au lac Poyang.

à travers les lacs et les plus speciesIn au nombre d'espèces et de leur abondance, les interactions complexes entre les différentes espèces sont également une composante importante de la biodiversité. Dans cette étude, nous avons utilisé une théorie des matrices aléatoires (RMT) approche basée sur la construction de la networks26 phylogénétique moléculaire écologie (des pMENs) représentant les interactions biologiques dans les communautés microbiennes intestin. Après le traitement préalable de base, 1.483, 1.427, 1.550 et 683 OTU est resté dans la GWFG SJL, GWFG PYL, BG PYL et des ensembles de données de PYL SG, respectivement (voir le tableau complémentaire S3). Des différences ont été observées en termes de paramètres de réseaux et les propriétés des modules GWFG entre les deux lacs ou parmi les trois espèces d'oies dans le lac Poyang. Par exemple, la modularité du groupe BG PYL était très faible (0,315, tableau S3), par rapport aux trois autres groupes. Comme un module était composé de microbes avec niches27 écologique similaire, la plus petite modularité du groupe BG PYL a suggéré que les populations microbiennes dans le haricot d'oie intestin pourraient abriter une plus grande diversité ou des interactions plus complètes.

Le microbiote intestinal dans les trois espèces d'oies ont été dominées par les Firmicutes, Proteobacteria et Actinobactéries. Cependant, la composition détaillée de ces embranchements à des niveaux taxonomiques inférieurs a notamment été modifié dans les différents groupes. Dans le groupe PYL SG, Firmicutes était principalement composé de Clostridia au niveau de la classe et Clostridium (de celatum en particulier Clostridium) au niveau du genre. Clostridium celatum a été découvert dans les matières fécales humaines normales, et il est associé à la production de acids29 acétique et formique. Clostridium celatum assiste également dans le métabolisme des isoflavones de soja, ce qui est important pour la consommation d'une grande soy30 protéique. Parmi les trois geespèces ese, cygne oie montre la plus grande taille du corps qui implique une exigence d'énergie plus élevée 19. En outre, les oies de cygne sont censés se nourrir d'aliments riches en protéines, tels

ont été observées en termes de l'ensemble des structures et des modules de pMENs construits à partir de SJL GWFG et des ensembles de données PYL GWFG. La taille du réseau de GWFG SJL (N = 208 noeuds, 498 liens) était plus grande que celle de GWFG PYL (N = 151 noeuds, 431 liens). Dans les deux réseaux, la majorité des noeuds appartenait à protéobactéries et Firmicutes, tandis que les noeuds de Actinobacteria supplémentaires (n = 67) ont été observés dans le réseau GWFG SJL, dont la plupart regroupés dans un même module (GWFG SJL1, fig. 5a). Dans le réseau GWFG PYL, presque tous les noeuds Proteobacteria regroupés en deux modules (GWFG PYL2 et 4, 5b Fig.). Alors que dans GWFG SJL, les noeuds de ce phylum largement répartis, ce qui signifie ce groupe de bactéries pourrait avoir la physiologie plus diversifiée dans ce réseau.

AbstractMicroorganisms

Figure

Les différences indiquées et la diversité dans les quatre groupes peuvent dériver de l'abondance contraste de chaque taxon. Par exemple, au niveau de la classe, les échantillons SG Pyl ont été dominées par Clostridium (64,53%), tandis que Actinobactéries était le plus abondant dans les échantillons GWFG SJL (26,68%) (Fig. 1a). Les différences ont été confirmées au niveau du genre. La proportion de SMB53 était la plus faible dans les échantillons BG Pyl (0,36%). échantillons SG Pyl ont été dominées par les deux SMB53 (25,82%) et Clostridium (24,52%), tandis que Solibacillus (3,91%) et Arthrobacter (2,84%) étaient plus abondants dans les échantillons GWFG SJL (voir le tableau complémentaire S1).

IntroductionThe dernière décennie a connu un développement rapide dans l'enquête sur la composition de la communauté et de la structure des vertébrés microbiote intestinal et leurs interactions avec host1,2. Ces progrès sont dus au développement de la nouvelle technique, en particulier le séquençage à haut débit ARNr 16S. Une étude précédente du microbiote intestinal dans la bernache du Canada Branta canadensis menée par la banque de clones séquençage était probablement incomplète en raison du petit nombre de deux échantillons et sequences17. Récemment, Wang et al. utilisé le séquençage à haut débit de l'ARNr 16S de comparer les communautés microbiennes gastro-intestinaux de la barre à tête d'oie Anser indicus sous trois strategies18 de reproduction distinctive. Cependant, une étude approfondie des différentes espèces d'oies manquent, en particulier des nombreuses oies pendant l'hivernage difficile periods19 énergiquement et nutritionnel. Afin de comprendre les fonctions potentielles de microbes de l'intestin dans ces oies, nous avons entrepris une étude comparative des modèles de diversité et de la composition de la communauté au sein de la flore intestinale dans différentes espèces d'oies.

Figure

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5:. Phylogénétiques Molecular Ecology Networks (pMENs) des quatre groupes (a) Les pMENs de l'oie rieuse de Shengjin Lake. (B) Les pMENs de l'oie rieuse du lac Poyang. (C) Les pMENs de l'oie des moissons du lac Poyang. (D) Les pMENs de l'oie du cygne du lac Poyang. Les réseaux ont été construits à l'aide d'un modèle à base de RMT et visualisés par Cytoscape 3.3.0. Les nœuds représentent OTU, et les lignes reliant les noeuds (arêtes) représentent positif (bleu clair) et (violet clair) interactions négatives définies par le coefficient de corrélation de Pearson.

3: les communautés microbiennes intestinales différentiel dans tous les échantillons (a) Principal coordonner l'analyse graphique des distances de UniFrac pondérées pour les trois espèces d'oies échantillonnés à partir de quatre sites.. Chaque point représente la communauté du microbiote intestinal d'une oie individuelle. Bleu = Grand blanc de l'oie à bec de Shengjing Lake; Rouge = Grand blanc de l'oie rieuse du lac Poyang; Noir = Bean oie lac Poyang; Vert = Swan oie lac Poyang. (B) Principal coordonner l'analyse graphique des distances de UniFrac non pondérées pour les trois espèces d'oies prélevées sur les quatre sites.

prédictions fonctionnelles

des structures gut microbioal du total geeseIn herbivore, 73 fèces des trois espèces d'oies ont été recueillies en Janvier 2015. Vingt deux échantillons ont été prélevés dans les grandes oies blanches à bec à Shengjin Lake (GWFG SJL), ainsi que 19 de la grandes oies blanches à bec (GWFG Pyl), 18 des oies de haricots (BG Pyl) et 14 des oies de cygne (SG Pyl) au lac Poyang. Le séquençage de la région ARNr 16S V4 génère une base de lit 3311834. Après les processus de base et une série de filtrage de qualité, 2,766,804 séquences de haute qualité ont été affectés à 15,511 unités taxonomiques opérationnelles (UTO) à un niveau de 97% de similarité en utilisant le pipeline de UPARSE. Sequences classés comme Archaea, chloroplastes et mitochondries ont été exclus de l'analyse ultérieure, en conservant 14499 OTU. Bien que pas toutes les courbes de raréfaction de niveau OTU atteint le niveau de saturation (Fig. S1a d), les courbes indice de raréfaction Shannon plafonné dans tous les échantillons (Fig. S1E h), indiquant que la plupart de la diversité microbienne dans ces échantillons fécaux avaient déjà été capturés à la séquence en cours. Les autres espèces rares non détectées ne seraient pas affecter nos conclusions sur la base des indices de diversité.

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DiscussionGeese

A heatmap du représentant OTU a confirmé encore cette divergence (Fig. 4). Toutes Actinobactéries OTU (OTU11, OTU16 et OTU 20) se sont révélés être plus abondantes dans les échantillons GWFG SJL. Une plus grande proportion de Clostridia OTU ont été détectés dans des échantillons SG Pyl, qui ont été dominées par OTU2 et OTU7. Conformément aux abondances plus élevées de bacilles et Betaproteobacteria dans des échantillons BG Pyl, plus abondances de OTU de ces deux classes ont été observées dans ce groupe. Par exemple, OTU12 et OTU33 étaient plus abondants dans les échantillons BG Pyl. Les tests de signification associés à ces données sont présentées dans le tableau complémentaire S2. GWFG SJL se réfère à 22 échantillons d'oie rieuse à Shengjin Lake. GWFG PYL se réfère à 19 échantillons de oie rieuse au lac Poyang. BG PYL se réfère à 18 échantillons d'oie de haricots au lac Poyang. SG PYL se réfère à 14 échantillons de cygne d'oie au lac Poyang.

Figure

2:. Variations de la diversité de la flore intestinale chez les oies herbivores (a, d) Les comparaisons de l'indice de Shannon (a) et le nombre de observée OTU (d) entre les échantillons de Shengjin Lake (SJL) et du lac Poyang (PYL), montrant pb, e) les comparaisons de l'indice de Shannon (b) et le nombre de observée OTU (e) de l'oie à bec plus blanc (GWFG) à partir de deux lacs (SJL et Pyl), montrant pc, f) les comparaisons de l'indice de Shannon (c) et nombre de OTUs observée (f) entre les échantillons des trois espèces (GWFG, Bean Goose BG et Swan Goose SG) à partir du lac Poyang, montrant p

avec PICRUStWe utilisés PICRUSt pour prédire les changements dans les fonctions microbiennes qui pourraient être associés à des changements dans l'abondance OTU détectées par séquençage 16S. L'approche PICRUSt a été révélée utile pour prédire les génomes d'organismes dans l'environnement samples28 et peut offrir des idées sur les fonctions potentielles de l'oie microbiote intestinal. Dans cette étude, la référence choisie OTU ont été utilisés pour correspondre à la base de données KEGG pour prédire les fonctions microbiennes. En utilisant cette méthode, notre étude a déduit 41 familles de gènes dans les échantillons fécaux (Fig. 6a). Nous avons également effectué PCA de l'abondance relative des voies KEGG pour révéler le regroupement des échantillons (Fig. 6b). L'histogramme et PCA tracé à la fois révélé que les fonctions potentielles du microbiote des quatre groupes étaient similaires (ANOSIM, p\u003e 0,05).

Les différences

Caractériser les variations interspécifiques et la convergence des microbiote intestinal dans herbivore Anseriformes dans les zones d'hivernage

Figure

Presque toutes les lectures étaient assignable à 67 embranchements, alors que la plupart étaient rares. Le phyla dominant était Firmicutes (49,70%) et Proteobacteria (23,80%) (Fig. 1a). Autres embranchements avec une proportion supérieure à 1% étaient Actinobactéries (10,30%), Bacteroidetes (3,80%), Chloroflexi (3,00%), Acidobacteria (1,60%), Plancomycetes (1,10%), et nitrospirae (1,10%). Un total de 187 cours ont été identifiés. Firmicutes était principalement composé de Clostridia (33,60%) et les bacilles (16,10%). Proteobacteria a été dominée par Gammaproteobacteria (10,70%), Betaproteobacteria (7,70%), Alphaproteobacteria (3,70%), et deltaproteobacteria (1,70%) (Fig. 1a). Toutefois, la répartition de chaque taxon entre les quatre groupes a été inégale, comme le montre la Fig. 1b. Par exemple, des échantillons GWFG SJL hébergeaient une plus grande abondance de Actinobactéries (26,68%) que les trois autres groupes, alors que les échantillons BG Pyl hébergeaient Doudoune Canada Goose Pour Femme une plus grande abondance de Gammaproteobacteria (24.18%) et Betaproteobacteria (18,90%) parmi les échantillons Pyl. La distribution de chaque taxon sur l'ensemble des individus a également varié comme indiqué à la Fig. 1c. Au niveau inférieur, seulement 60,97% des séquences peut être attribué à 559 genres. Les genres dominants ont été SMB53 (11,79%), Lactobacillus (10,07%), Clostridium (7,33%), Faecalibacterium (3,07%), Solibacillus (1,60%), Megamonas (1,32%), Arthrobacter (1,18%), et Streptococcus (1,15 %).

Réseaux et modules de GWFG PYL, BG PYL et SG PYL

étaient également différents. Bien que la taille du réseau a été similaire entre les trois groupes, 705 liens (tableau S4) ont été construites dans le réseau BG PYL avec une connectivité moyenne de 9,079, laissant entendre des interactions plus complexes de microbes que deux autres groupes. En outre, 75,48% des noeuds du réseau BG PYL appartenait à Proteobacteria, dont presque tous regroupés dans trois modules (BG PYL1, 2 et 3, Fig. 5c). D'ailleurs, presque toutes les corrélations entre ces microbes ont été positifs, ce qui indique l'abondance de ces microbes allait changer le long de la même tendance. Comme décrit ci-dessus, la composition dominante des communautés microbiennes de BG PYL était Proteobacteria. Cette domination et les interactions fortes de Proteobacteria pourraient supplanter les autres microbes et conduire à un réseau distinct de BG PYL. Ce caractère distinctif des structures communautaires et les interactions microbiennes peut associer à la digestibilité de l'oie de haricots. Cependant, la preuve directe est toujours nécessaire. réseau PYL SG a été dominée par Firmicutes et presque tous les nœuds en cluster en trois modules, tout comme le réseau BG PYL (SG PYL1, 2 et 4, Fig. 5d). Ce résultat indique que Firmicutes microbes dans l'intestin cygne oie pourraient montrer une plus grande compétitivité que les autres.

La majorité des familles de gènes 41 appartenait à la membrane de transport (11,77%), le métabolisme des glucides (9,30%), le métabolisme des acides aminés (9,24%), la réplication et la réparation (8,93%), le métabolisme énergétique (7,34%), traduction (5,88 %), mal caractérisé (4,63%), le métabolisme des cofacteurs et des vitamines (4,59%), le métabolisme des nucleotides (3,72%) et les processus cellulaires et de signalisation (3,49%). Les abondances de la plupart des familles de gènes de GWFG SJL différaient sensiblement des abondances des trois autres groupes de PYL, avec 33 gènes de GWFG PYL, 36 de BG PYL et 25 de SG PYL (voir Tableau complémentaire S5). Cependant, l'abondance relative de chaque famille de gènes était plus similaire entre les trois ensembles de données dans PYL (voir le tableau complémentaire S5). Parmi les dix familles de gènes dominants noté ci-dessus, l'abondance des gènes liés au métabolisme énergétique, le métabolisme glucidique, le métabolisme des cofacteurs et des vitamines, du métabolisme des acides aminés et des familles mal caractérisées étaient significativement plus élevés dans les échantillons GWFG SJL que dans tous les autres ensembles de données (fig. 6c).

sont des herbivores stricts et interurbains oiseaux d'eau migrateurs qui contribuent à une variété de services écosystémiques. Cependant, peu d'attention a été accordée à la microbiote intestinal distinctif oies, contrairement aux études approfondies de l'abondance et la distribution de ces oiseaux. Dans cette recherche, la composition de la communauté et de la structure de la flore intestinale d'hivernage plus, de haricots et de cygnes oies à bec blanc ont été explorées. Nous avons observé des variations significatives de la composition microbienne entre les mêmes espèces dans deux lacs et parmi les trois espèces dans le même lac. Les différences dans les structures et les interactions des communautés microbiennes ont également été identifiés. L'analyse fonctionnelle a montré que la diversité microbiote intestinal a exercé des fonctions similaires en dépit des différences dans la composition taxonomique.

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évaluation de la corrélation entre la structure communautaire du microbiote intestinal et les espèces dietHost pourrait être un prédicteur important de la structure des communautés de microbiote parce que les différences existaient entre les trois espèces dans PYL et entre les trois réseaux construits à partir de chaque ensemble de données. Cependant, en plus d'accueillir des effets sur les espèces, les échantillons provenant des deux lacs étaient aussi différents les uns des autres, en particulier parmi les échantillons GWFG. Nous avons donc effectué une analyse de la composition de l'alimentation pour explorer davantage les mécanismes sous-jacents de ces différences dans la structure des communautés de microbiote. l'analyse a révélé que microhistologiques pour les individus Pyl, presque toute la nourriture était Carex spp., alors que dans SJL, l'alimentation était un mélange de Poaceae (\u003e 50%) et Carex spp. (Rapport Carex / Poaceae (R = 0,304, p = 0,05).

dans les tripes de vertébrés ont été reconnus comme des symbiotes importants qui influent sur la vie de l'hôte. Cependant, on ne sait pas sur le microbiote intestinal en longue distance de migration des herbivores Anseriformes, qui pourrait être fonctionnellement important pour ces animaux dépendants des zones humides. Nous avons recueilli les fèces de la grande oie blanche rieuses (GWFG), oie des moissons (BG) et le cygne d'oie (SG) de Shengjin Lake (SJL) et du lac Poyang (PYL) dans le fleuve Yangtze Floodplain, Chine. séquençage à haut débit de 16S ARNr région V4 a été utilisé pour décrire la composition et la structure des oies microbiote intestinal pendant la période d'hivernage. La phyla bactérienne dominante dans tous les échantillons étaient Firmicutes, Proteobacteria et Actinobactéries, mais des variations importantes ont été détectées chez les différentes espèces d'oies et les sites d'échantillonnage, en termes de diversité, les structures communautaires et les interactions microbiennes. Nous avons trouvé une corrélation significative entre l'alimentation et la structure de la communauté microbienne dans les échantillons GWFG SJL. Ces résultats ont démontré que les espèces hôtes et de l'alimentation sont des facteurs potentiels d'ensembles de microbiote d'oie de l'intestin. En dépit de ces variations, les fonctions d'oies microbiote intestinal étaient similaires, avec de grandes abondances de gènes potentiels impliqués dans le métabolisme des nutriments. Cette étude préliminaire serait utile pour l'avenir, des enquêtes exhaustives d'oies microbiote intestinal et leurs interactions avec l'hôte.

Variations

Les différences entre les quatre groupes ont également été pris en charge par les modèles dans la diversité. ACoP pondéré (coordonnées principales analyse) a révélé que des échantillons provenant du même lac ont tendance à être moins différents, et des échantillons SJL regroupés plus étroitement (Fig. 3a). Les tests statistiques de la structure de la communauté microbienne a confirmé cette différenciation entre les deux lacs (ANOSIM R = 0,169, p = 0,001). Les bactéries structures communautaires de GWFG SJL et GWFG PYL étaient significativement différentes (ANOSIM R = 0,123, p = 0,005). Au lac Poyang, les échantillons BG Pyl étaient significativement différents des échantillons GWFG Pyl (ANOSIM R = 0,342, p = 0,001) et des échantillons SG Pyl (ANOSIM R = 0,118, p = 0,021), alors que les deux derniers différaient moins (ANOSIM R = 0,025, p = 0,246). regroupement des résultats similaires ont été obtenus avec ACoP non pondérée (Fig. 3b).

dans la structure de la communauté de microbiote intestinal entre deux lacs et à travers trois diversité speciesThe des échantillons SJL était significativement plus élevé que la diversité des échantillons Pyl (pFig. 2a, d). Parmi plus blanches échantillons d'oie à bec, la diversité de la microflore intestinale était plus élevé pour GWFG SJL que pour GWFG PYL (Fig. 2b, e, ppFig. 2c, f).

pMENs Particularités

Figure