Diferențe de microbiom intestinal între rinocerul negru sălbatic și captiv - implicații pentru rinocer

Subiecte

Abstract

Introducere

De la peste 100.000 de rinoceri negri africani în anii 1960, această specie pe cale de dispariție critică a scăzut cu mai mult de 90% la aproximativ 5.000 de animale în prezent 1. În medie, peste 1.000 de rinoceri sunt braconați anual într-o serie de țări care includ Africa de Sud, Namibia, Kenya și Zimbabwe 1. În prezent, mai puțin de 100 de rinoceri negri (sud-est și sub-specii combinate) locuiesc în instituțiile zoologice din America de Nord ca rezervor împotriva potențialei dispariții 2. Însă ex situ populația se confruntă cu propriile sale amenințări la adresa supraviețuirii, incluzând o multitudine de sindroame de boală neobișnuite care nu sunt descrise în general în sălbăticie 3,4,5,6,7,8,9,10, precum și o reproducere slabă 11,12 și populații fragmentate 3. La toate mamiferele, studii recente au sugerat că diferențele de microbiomi între populațiile sălbatice și captive pot influența sănătatea generală în general și funcțiile digestive și imune în special 4 .

Rezultate

Microbiom bun

Citiți abordările de mapare și extracție

Toate eșantioanele au fost secvențiate la o adâncime de cel puțin 6,9 milioane de lecturi de capăt perechi per eșantion, cu o medie de 12.479.613 citiri de capăt asociat. Foarte puține citiri au fost aruncate în timpul tăierii de calitate (3,16%); media post QC a fost de 12.085.574 citiri pereche pe eșantion.

În general, rate de cartografiere scăzute (Tabelul 1 Procentul mediu de cartografiere pentru toate platformele software de cartografiere metagenomică.

Bogăția unității taxonomice operaționale (OTU) a fost inconsistentă între eșantioane și a fost influențată de trusa de extracție utilizată. Probele extrase de ZymoBIOMICS au avut în medie mai multe lovituri OTU comparativ cu probele extrase de MoBio PowerFecal, indiferent de origine (sălbatic vs captiv; p = 0,099). PathoScope a atribuit o proporție mai mare de citiri setului de probe sălbatice (R2-R11) care au fost stocate în scutul Zymo ADN/ARN și extrase folosind kitul ZipmoBIOMICS DNA Miniprep (în medie 447.354 citiri) decât probele sălbatice înghețate și extrase cu MoBio PowerFecal kit (în medie 155.729 de citiri). Probele sălbatice Zymo au avut în medie 350 OTU la nivelul speciei, în timp ce probele sălbatice MoBio au avut 250 OTU (p = 0,036). Astfel, metoda de colectare a influențat compoziția microbiomului. Comunitățile observate au diferit semnificativ între probele sălbatice extrase de MoBio și cele extrase de Zymo (PERMANOVA, p Figura 1

intestinal

Compoziția microbiomului de rinocer, determinată de PathoScope, defalcate pe (A) filum și () clasă, grupată după gazdă sălbatică versus captivă. Spațiul gol reprezintă citiri bacteriene neidentificate la rangul taxonomic corespunzător. Taxa reprezentând mai puțin de 1% din citiri în medie și mai puțin de 5% din toate eșantioanele au fost filtrate de dragul vizualizării.

La nivel de filum și clasă, abundența câtorva bacterii distinge microbiomii rinocerului pe baza statutului sălbatic față de cel captiv. Analiza la nivelul genului a relevat diferențe mai mari între rinocerii sălbatici și cei captivi (Fig. 2A). Genere Escherichia, Oscilibacter, Pseudobutyrivibrio, și Treponema au fost mai mari în rinocerii sălbatici, în timp ce Bacteroides și Prevotella au fost crescute la toate omologii captivi. Cu toate acestea, atât rinocerii sălbatici, cât și cei captivi au exprimat principalele grupuri de microbi pentru digestie (celulolitic, amilolitic), dar au fost reprezentați de specii diferite (adică, microbiomi funcționali, dar taxonomici diferiți; Fig. 2B). Au existat, de asemenea, o serie de specii care erau în mod diferențiat abundente între rinocerii sălbatici și captivi. De exemplu, bacteriile producătoare de metan Methanocorpusculum bavaricum (p = 0,0059) a fost mai abundent la rinocerii sălbatici, în timp ce rinocerii captivi conțineau Methanobrevibacter ruminantium (p = 2.06e-28). Bacteroides fragilis (p = 0,0005), Steptococcus suis (p = 3,94e-15) și Escherichia coli (p Figura 2

Compoziția microbiomului bacterian rinocer negru, determinată de PathoScope, împărțită în (A) gen și () specii, grupate după gazdă sălbatică sau captivă. Spațiul gol prezintă citiri bacteriene neidentificate la rangul taxonomic corespunzător. Taxa reprezentând mai puțin de 1% din citiri în medie și mai puțin de 5% din toate eșantioanele au fost filtrate de dragul vizualizării.

S-au găsit taxe obișnuite în rinocerii sălbatici și, respectiv, captivi, sugerând un microbiom de rinocer de bază bazat pe starea de captivitate (Tabelul suplimentar S1a, b). Filul Firmicutes a dominat microbiomul atât al rinocerilor sălbatici, cât și al celui captiv, care cuprindea 32,7% și 20,8% din totalul citirilor cartografiate și 51,1% și respectiv 48,0% din microbiomul de bază. Cu toate acestea, următoarele filme dominante principale în rinocerii sălbatici au fost Proteobacteria (23,6%) și Bacteroidetes (17,6%), în timp ce Bacteroidetes a fost al doilea filum dominant în microbiomul rinocerului captiv (42,4%).

Deși compoziția taxonomică a rinocerilor prezintă diferențe între microbiomii intestinului sălbatic și captiv, măsurile de diversitate alfa între cele două grupuri au fost similare. Cu toate acestea, bogăția speciilor observate (p = 0,082) a indicat că rinocerii sălbatici au o bogăție mediană mai mare observată de OTU (

335) comparativ cu captivii

220) (Fig. 3), care este în concordanță cu toate rezultatele taxonomice. Atât indicii de diversitate Shannon (p = 0,36), cât și Simpson (p = 0,69) indică faptul că rinocerii prezintă o diversitate ridicată, independent de originea lor (sălbatic vs captiv), cu rinoceri sălbatici care prezintă o diversitate ușor (dar nu semnificativă) mai mare. 3) . Pentru toate cele trei măsuri de diversitate alfa, eșantioanele derivate din rinoceri sălbatici au prezentat o varianță mai mare, împreună cu mai multe valori aberante comparativ cu eșantioanele captive și grupate împreună în funcție de originea lor (sălbatic vs captiv; Fig. 4). Aceste tipare au fost consistente atât pe indicii Jaccard, cât și pe cei de la Bray-Curtis. Mai mult, aceste modele au fost consistente între PathoScope (Fig. 4A, B) și rezultatele PhyloSift (Fig. 4C, D). Măsurile de diferențiere, măsurate separat cu indicii Bray-Curtis, Jaccard și Jensen-Shannon (JSD) cu 10.000 permutări, au fost toate foarte semnificative (PERMANOVA, p = 9.999e-05), reprezentative ale centroidelor fiind diferite între cele două grupuri . Acest lucru indică faptul că cele două grupuri au comunități distincte și diferite. Împreună, graficele de hirotonire și PERMANOVA au indicat că microbiomii rinocerilor erau mai asemănători cu alți rinoceri cu același statut de captivitate, rinocerii sălbatici afișând o variație și o gamă considerabil mai mare decât rinocerii captivi.