【客户文章】2019-Science of the Total Environment-淡水和海水两种养殖环境中南美白对虾肠道和

  • 2019-11-04 13:38:05
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英文题目:Microbiota comparison of Pacific white shrimp intestine and sediment at freshwater and marine cultured environment

中文题目:淡水和海水两种养殖环境下南美白对虾肠道和沉积物的微生物比较

期刊名:Science of the Total Environment 发表时间:2018.12.6 IF5.589

DOI10.1016/j.scitotenv.2018.12.069

相关产品16S微生物多样性

测序平台:Illumina MiSeq

样品来源:对虾肠道+养殖水体沉积物(淡水养殖/海水养殖)(4×3=12个样本)

研究背景:

随着野生捕捞渔业的减少,水产养殖在水产食品供应中发挥着越来越重要的作用。近年来,具有高商业价值和优良育种性质的太平洋凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)已成为中国沿海和陆地养殖的主要水生动物。然而,疾病爆发频率增加使得对虾产量显著减少,而环境变化是导致这种现象的主要原因。与陆生动物不同,水生动物直接暴露于水中,水产养殖系统中的细菌种群在营养吸收水质控制病原体防御抗生素抗性和维持宿主健康方面发挥着至关重要的作用。如今,一方面以高密度养殖方式维持虾的高产,在后期养殖中大量积累的有机物导致水质不可控(亚硝酸盐,氨等)。富集潜在的病原体和益生菌的减少影响对虾养殖。同时,环境中病原体可以通过消化系统进入对虾肠道,破坏肠道微生物群。另一方面,属于底栖生物的南美白对虾主要生活在中下游水域,水质受残留饵料粪便死藻和絮凝剂滥用的影响。这个水层成为原生动物细菌病毒和真正的有毒层的滋生地,生物和化学耗氧量氨氮亚硝酸盐和其他有毒物质严重超标。如果有毒层没有及时消除,会加重虾肝胰脏的负担,腐蚀肠粘膜,最终导致死亡。因此,沉积物是南美白对虾的重要疾病,但沉积物如何影响肠道微生物群,对宿主健康造成进一步的不利影响仍然未知。

我们使用高通量测序来研究淡水和海洋养殖环境之间的肠道和沉积物微生物群落。目的在于揭示:(1)来自淡水和海洋养殖环境的肠道和沉积物之间微生物群的结构和功能; 2)沉积物对肠道微生物群结构和功能的影响; 3对虾肠道与沉积物之间微生物群组成的关系。


实验设计


材料与方法

1.样品采集

从中国广东番禺养虾场(淡水养殖)中国广东省茂名市的一个养虾场海水养殖各采集3南美白对虾3池塘沉积物样本12个样本其中,每个虾肠道样本是由10只健康对虾的肠道混合而成。将肠道样本放入1。5mL无菌离心管中,液氮冷冻,−80°C保存。与虾样有关的每个池塘沉淀物(距离表层泥浆在5厘米以内)被储存在100 mL无菌离心管中,液氮冷冻,−80°C保存。

2.提取DNA,PCR扩增和Miseq测序

使用E.Z.N.A.® soil DNA Kit试剂盒(美国Omega公司,土壤DNA提取试剂盒)提取12个样本的DNA,338F-806R引物进行PCR扩增,Illumina MiSeq平台测序。

研究结果

1.16S rRNA基因序列分析

研究淡水和海养殖环境中的南美白对虾肠道和沉积物之间的微生物组成,通过Illumina MiSeq平台对细菌16S rRNA基因V3-V4区域进行测序。412样本共产生385,122高质测序量,范围从23,89847,940平均32,094reads。最后,这些高质量的序列被聚为3474OTUs。

计算了淡水和海洋养殖环境中所有来自肠道和沉积物的样本的多样性和丰富度指数。 Shannon介于4。1108216.316189之间,而Shannon指数介于0。0049720.049179之间表明其多样性。通过Chao指数和ACE指数计算每个样本的丰富度。Chao指数介于541.8181821653.006098ACE指数介于542。630781625.431531之间。每个样品的覆盖率为98.96%(从0.9896230.998075),这表明测得的序列可覆盖每个样品中的大多数细菌。


1.样本的丰富度和多样性指数


2.整体微生物群落结构

分析所有样品的微生物组成,共鉴定55细菌门。所有样品中主要的细菌门都是Proteobacteria30.10%),Chloro fl exi17.37%),Actinobacteria17。03%),Firmicutes6.92%),Cyanobacteria6.79%),Bacteroidetes4.84%),Acidobacteria3.70%),Verrucomicrobia2。62%),Saccharibacteria1.67%)Planctomycetes1。43%)。

Venn分析淡水和海水养殖环境中和沉积物中共有的微生物。在PFGPFMMSGMSM之间仅共有96OTU,占总数的1.85%。 MSGMSMPFGPFM542738OTU,分别占总数的10.46%和14.24%。 MSG&和MSMPFM188281OTU,分别占总数的3.63%和5.42%。


3.细菌群落组成的差异

四组中的优势门是ProteobacteriaChloroflexiActinobacteriaFirmicutesCyanobacteriaBacteroidetesAcidobacteriaVerrucomicrobiaSaccharibacteria。优势门的组成在四组中明显不同。通过聚类分析,发现肠道和沉积物之间的优势属的组成相似。此外,同一环境中的肠道和沉积物样本通过PCoA分析倾向于聚集在一起,进一步证实了细菌群落之间的相互作用。




单因素方差分析结果表明,肠道和沉积物细菌相对丰度在门和属水平上有显著性差异虽然SynechococcusLactobacillus四组之间没有显示出统计学上的显著差异,但它们在两组之间表现出显著差异以上结果表明,淡水和海养殖环境中的对虾肠道和沉积物中微生物组成显著不同。



4.微生物群落的功能预测

利用PICRUSt预测淡水和海养殖环境中虾肠道和沉积物的微生物群功能。与分类学分析相比,所有群体的功能性特征更加相似。所有组均富含与氨基酸转运和代谢相关的功能(相对丰度从8.21%到8。54%)能量产生和转化(相对丰度从7.02%到7.64%)细胞壁//包膜生物发生(相对丰度从6。19%到7.06%)信号转导机制(相对丰度从6.30%到6.99%)碳水化合物转运和代谢(5.96%到6。83%)转录(5.34%到6。97%)复制/重组和修复(5。29%至6。08%)无机离子转运和代谢(5.74%至5.95%)这些COG功能分类结果表明,对虾肠道微生物在淡水或海水养殖环境中保持了与沉积物相似的生物学功能。



研究结论:

本研究确定了不同养殖环境中对虾肠道与沉积物之间的微生物群落关系。结果表明,尽管对虾肠道和沉积物具有不同的微生物群,但肠道和沉积物中的微生物群落之间存在密切的关系。此外,研究表明,虾的生理生态与对虾肠道和沉积物中细菌的变化密切相关。这些发现可为了解虾和环境微生物的特性提供有价值的信息。此外,它提供了更多关于两种养殖方法下微生态调节的数据,可为养虾业提供参考,并充分了解水生生态系统中的微生物特征。

参考文献 Fan L, Wang Z, Chen M, et al. Microbiota comparison of Pacific white shrimp intestine and sediment at freshwater and marine cultured environment[J]. Science of The Total Environment, 2019, 657: 1194-1204.


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