华美奥锹甲(Odontolabis fallaciosa)肠道微生物的多样性研究

摘要

昆虫肠道微生物在宿主的营养供给、消化吸收、生长发育、免疫防御等方面都起着重要作用，并有助于拓宽其生态位。锹甲科昆虫(Lucanidae)因其显著的雌雄二型(Sexual dimorphyism)和雄性三型(Male trimorphism)及性选择行为而成为鞘翅目(Coleoptera)中比较独特的一支，也是昆虫纲(Insecta)中备受关注的热点类群。多数锹甲的成虫以树汁或腐烂的果实为食，幼虫则通过分解朽木或腐殖质获取营养。因此，它们在森林生态系统的碳循环中占据独特的生态位，在生物质能源的分解利用中也具有重要价值。但目前基于高通量测序有关这类昆虫肠道微生物的研究较少。
　　本研究选取锹甲科昆虫中的典型代表物种华美奥锹甲（Odontolabis fallaciosa）为研究对象，首次对其成虫中后肠微生物细菌群落的16S rDNA V3-V4区进行了高通量测序，研究了该物种不同性别之间、不同颚型雄性间的肠道微生物多样性，分析其肠道微生物组成和差异，并探讨它们在华美奥锹甲能量需求中所起的作用，以期为进一步研究锹甲肠道微生物的功能及其在表型演化中的作用提供理论参考。相关研究结果如下:
　　(1)测序结果共获得3255个OTUs，注释到的主要分类阶元隶属于42个门、118个纲、361个科、585个属。
　　(2)华美奥锹甲肠道细菌群落中门类水平上丰度最高的主是变形菌门Proteobaeteria、拟杆菌门Bacteroidetes、厚壁菌门Firmicutes、柔膜菌门Tenericutes、梭杆菌门Fusobacteria、Euryarchaeota和硝化螺旋菌门Nitrospirae。丰度大于1％的优势属有15个，分别隶属于变形菌门，拟杆菌门和厚壁菌门。具体包括:不动杆菌属Acinetobacter、Dysgonomonas属、巴尔通氏体属Bartonella、金黄杆菌属Chryseobacterium、肠球菌属Enterococcus、卟啉单胞菌属Porphyromonas、喜热菌属Caloramator、苍白杆菌属Ochrobactrum、摩根菌属Morganella、沙雷氏菌属Serratia、Telmatospirillum属、黄质菌属Flavobacterium、克雷白氏杆菌属Klebsiella、丛毛单胞菌属Comamonas、脱硫弧菌属Desulfovibrio。
　　(3)在不同性别（雌雄二型）的2个分组中，细菌群落的相对丰度有差异:大颚型雄性、雌性、中颚型雄性的优势门类数量较多，而小颚型雄性最少。厚壁菌门在大颚型雄性、雌性肠道中含量较高，厚壁菌门对于食物营养吸收有重要作用，可能对大颚型雄性、雌性的营养利用产生有益影响。属类水平上，雌性的优势属数量最多，其次是大颚型雄性，小颚型雄性中最少。在不同颚型的雄性（雄性三型）3个分组中，细菌群落的相对丰度也有差异:中颚型的优势门类数量高于大颚型、中颚型，属类水平上，大颚型雄性的优势属数量高于中颚型和小颚型。
　　(4)多样性分析显示:α多样性指数中，雌性的测定物种指数(Observed species)和香农指数(Shannon)均与大颚型、中颚型、小颚型雄性存在显著差异;β多样性中，PCA分析结果显示雌性个体样本之间的距离较近，说明群落组成更稳定;相似性检验(ANO SIM)发现雌性的肠道细菌群落组成与三个颚型雄性间都有显著差异，大颚型与中颚型雄性之间的差异显著。
　　(5)PICRUST代谢功能预测结果显示，所有样本潜在功能基因组成是相似的，但影响食物降解和营养吸收的碳水化合物代谢和氨基酸代谢功能基因在雌性和雄性中的丰度最高。
　　这些结果显示在华美奥锹甲成虫的肠道微生物中:雌性的肠道微生物群落组成和丰度与雄性有显著差异;大颚型、中颚型雄性之间也有差异。这样的差异可能与不同性别、不同颚型雄性的营养需求存在关联，也为进一步探讨锹甲肠道微生物的功能及其在表型演化中可能起到的作用提供一定的理论参考。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 昆虫肠道微生物研究概况

1．2 昆虫肠道微生物多样性研究方法

1．3 研究内容和意义

第二章 材料与方法

2．1 研究材料

2．1．1 研究标本

2．2．2 术语

2．2 研究方法

2．2．1 锹甲肠道解剖与形态观察

2．2．3 肠道微生物总DNA提取

2．2．4 肠道细菌DNA高通量测序

2．2．5 序列数据分析

2．2．6 肠道细菌群落多样性分析

第三章 结果与分析

3．1 华美奥锹甲肠道微生物群落结构

3．1．1 华美奥锹甲肠道细菌群落结构概要

3．1．2 华美奥锹甲肠道细菌群落的种类及丰度

3．1．3 华美奥锹甲四组样本肠道细菌的比较分析

3．1．4 华美奥锹甲肠道细菌群落组成复杂度分析

3．1．5 华美奥锹甲肠道细菌群落组成PICRUSt功能预测

第四章 讨论与总结

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文