小编导读

野生动物如何应对季节性食物短缺和极端环境变化一直是生态学研究的核心问题。小编今天分享的研究通过粪便宏基因组和宏转录组测序技术，深入探讨了濒危物种金丝猴肠道微生物组的季节性适应机制。文章的方法，图表，代码适合我们一起学习。

摘要

背景：季节性食物供应波动对具有难消化饮食习性的动物肠道微生物组成、多样性和功能产生显著影响。金丝猴作为前肠发酵的灵长类动物，栖息在中国中部高海拔温带森林中，面临着极端的季节性环境变化和食物资源波动。

结果：通过对野生和圈养金丝猴粪便样本进行宏基因组和宏转录组分析，研究重建了578个宏基因组组装基因组(MAGs)，其中442个（76.5%）在GTDB数据库中没有种水平的匹配，显示了金丝猴肠道微生物组的高度新颖性。野生金丝猴肠道微生物组在夏季表现出更高的多样性，并富集了植物次生化合物代谢相关功能；冬季则富集了地衣多糖降解酶类和毛螺菌科细菌，后者在能量平衡中发挥重要作用。相比之下，饮食稳定的圈养金丝猴肠道微生物组几乎没有季节性变化。栖息地变化也影响了金丝猴微生物群落组装机制和碳循环途径。

结论：研究结果强调了肠道微生物组在满足宿主在不同环境条件下饮食需求方面的可塑性，为理解野生动物如何通过肠道微生物组适应环境变化提供了新的视角。

方法

研究团队在2020-2021年冬季和2021年夏季从神农架国家公园采集了野生金丝猴粪便样本，同时从北京野生动物园采集了圈养个体样本。DNA和RNA提取后，使用Illumina NovaSeq 6000平台进行测序，每个样本产生至少6Gb的宏基因组数据和5Gb的宏转录组数据。

数据处理流程采用Trimmomatic（v0.39）进行质控，使用Bowtie2（v2.3.5.1，参数–very-sensitive）去除宿主污染。宏基因组组装使用MEGAHIT软件完成，随后通过MetaBAT2进行分箱处理。使用CheckM评估基因组完整度和污染度，保留完整度大于50%且污染度小于5%的中高质量基因组。功能注释采用HUMAnN3（v3.6）流程，基于UniRef90数据库进行同源性搜索，随后映射到KEGG和CAZy数据库获取功能信息。对于真菌鉴定，使用Kraken2（v2.0.7-beta）进行分类标注，Bracken（v2.0）估算各分类水平的丰度。

群落组装机制分析采用iCAMP方法，基于系统发育分箱的零模型分析确定随机和确定性过程的相对重要性。肠型分析基于Jensen-Shannon距离，使用PAM算法进行聚类，通过Calinski-Harabasz指数确定最佳聚类数。共现网络分析基于Spearman相关性（P<0.05，|r|>0.7），使用Gephi（v0.10.1）进行可视化。

主要结果

研究从63个粪便样本中获得了2.2Tb的宏基因组原始数据，质控后保留951Gb用于组装分析。宏转录组测序从22个样本中产生了119.5Gb的高质量数据。通过严格的质控标准，最终获得578个非冗余宏基因组，其中398个达到高质量标准（完整度>90%，污染度<5%）。

野生金丝猴肠道微生物组表现出明显的季节性分离模式，夏季和冬季样本在PCoA分析中形成不同的聚类。肠型分析显示野生夏季组主要属于肠型2（76.5%），冬季组主要属于肠型3（70%），而圈养组无论季节都属于肠型1。Alpha多样性分析表明野生金丝猴夏季的Simpson指数显著高于冬季（P<0.05），而圈养组没有季节性差异。共现网络分析发现，野生金丝猴肠道微生物群落存在明显的季节性差异，夏季群体网络稳定性更强（聚类系数0.101），而冬季群体稳定性较低（聚类系数0.039）。同时，野生金丝猴的微生物网络比圈养猴子更稀疏简单，表明环境条件显著影响肠道微生物群落的网络结构复杂性。

差异丰度分析鉴定出24个在夏季显著富集的MAGs和21个在冬季显著富集的MAGs。冬季富集的毛螺菌科细菌共享多个与能量代谢相关的独特基因，包括柠檬酸循环（K01610、K01647、K01681）、脂肪酸降解（K00248、K00626）和氧化磷酸化（K00937）相关基因。真菌分析发现冬季显著富集了地衣形成真菌Parmeliaceae和Ramalinaceae。

功能分析显示夏季富集了69条代谢通路，主要涉及叶酸生物合成、卟啉和叶绿素代谢、酮体合成与降解等植物次生化合物代谢途径。冬季富集了29条通路，包括不饱和脂肪酸生物合成、长寿调控通路和牛磺酸代谢等。CAZy分析发现冬季显著富集了地衣降解酶GH16（地衣多糖酶）、GH26、GH5和GH76（甘露聚糖酶）。


宏转录组分析揭示了基因表达的季节性差异。冬季K02794和K02800基因显著上调，这些基因编码参与甘露醇和甘露糖降解的酶，与地衣消化相关。碳循环分析显示夏季发酵和产甲烷过程更活跃，而冬季糖异生作用增强。甲烷代谢相关基因在冬季转录活性显著上调，主要涉及M00356和M00567通路。

群落组装机制分析表明扩散限制是塑造金丝猴肠道微生物的主导过程，在所有组中占79-92.6%。野生种群的扩散限制比例（92.5-92.6%）高于圈养种群（79-82%），而同质选择在圈养种群中的作用（15-19%）大于野生种群（2.6-4.7%）。

结论

本研究通过整合宏基因组和宏转录组分析，全面揭示了金丝猴肠道微生物组如何通过群落组成和功能的可塑性变化来响应季节性饮食转变。野生金丝猴肠道微生物组展现出显著的季节性适应特征，夏季帮助宿主消化植物性食物并降解植物次生化合物，冬季则通过富集特定的微生物类群和功能基因来提高地衣消化效率和脂肪代谢能力，帮助宿主应对低温胁迫和食物短缺。

研究发现的大量新型微生物基因组资源不仅扩展了我们对灵长类肠道微生物多样性的认识，也为理解宿主-微生物协同进化提供了新的视角。肠道微生物组的生态可塑性在帮助濒危物种适应环境变化中发挥着关键作用，这对制定科学的保护策略具有重要指导意义。定期监测野生动物粪便微生物组可以作为评估种群健康状况的重要工具，为保护生物学研究提供新的技术手段。

数据集

所有测序数据已提交至国家基因组科学数据中心（NGDC），登录号为PRJCA023520。重建的MAGs已上传至Figshare平台（https://doi.org/10.6084/m9.figshare.28520399.v2）。分析代码已在GitHub公开（https://github.com/ZhangMYioz/Adaptive-Strategies-of-the-golden-snub-nosed-monkeys）。

参考文献

Zhang, M., Wang, X., Yao, H. et al. Plasticity of the gut microbiome of golden snub-nosed monkeys (Rhinopithecus roxellana) in response to seasonal variation in diet. npj Biofilms Microbiomes 11, 169 (2025). https://doi.org/10.1038/s41522-025-00806-7