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选题名称 |
四川鹦鹉与亚历山大鹦鹉肠道微生物的比较研究 |
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选题依据及 意义 |
肠道微生物是指动物肠道内全部的、复杂的、动态变化的微生物群落，肠道菌群在动物的生命活动中占据重要地位，动物依赖肠道内的菌群完成复杂的生命活动，肠道内的菌群可以帮助宿主消化、吸收来自食物中的营养物质，帮助合成生命活动中所需的物质。此外，肠道菌群还参与宿主的免疫、宿主肠道发育等活动。 肠道微生物的多态性受众多因素的影响，包括遗传因素、生长环境、饮食差异、健康状态等多个方面。本文希望就鹦鹉物种遗传机制对四川鹦鹉和亚历山大鹦鹉与肠道微生物的协同进化关系进行探讨，通过在相同环境条件下对近缘种鹦鹉肠道微生态进行对比，以了解肠道微生物在鹦鹉物种进化过程中的重要性，为研究鹦鹉的进化历程提供依据。 鹦鹉科是我国国家二级保护动物的一大门类，就目前状况来看其数量有明显的下降趋势。众多自然因素中，疾病致死是其数量减少的重要原因之一，其中肠道疾病对鹦鹉健康的影响不可小觑。因此，研究鹦鹉肠道微生物在物种进化上的作用机制对研究其疾病感染（如寄生虫病）、为人工饲养提供科学方法、完善鹦鹉保护体系等也有着非常重要的作用。 健康的宿主与健康的肠道菌群密不可分，胃肠道的正常菌群的数量和比例通常处于动态平衡中，在机体的营养消化、免疫、抗毒素等生理活动中发挥着巨大的作用。如果正常菌群的数量和菌群结构发生了变化，就会引发一系列的肠道疾病，严重威胁着鹦鹉种群的健康。研究四川鹦鹉与亚历山大鹦鹉肠道微生物的基本状况和差异对于保护我国本土物种多样性有着非常重大的意义。 |
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研究目标与 主要过程 |
研究目标： 了解四川鹦鹉与亚历山大鹦鹉肠道微生物的菌群种类及生长状况，对比其肠道菌落异同点，分析两个不同物种在消化机理上的种群差异性，研究其进化关系及肠道微生物在宿主进化过程中所起的作用，为研究其协同进化机制提供依据。 这些研究不仅为研究物种与微生物之间的协同进化机制提供依据，也为预防检测肠道疾病、促进动物生长健康提供新的思路，同时有利于挖掘具有应用价值的基因资源，开发新的微生物活性物质。 主要过程： 1.首先对高通量测序的原始下机数据根据序列质量进行初步筛查； 2.通过质量初筛的序列按照引物和Barcode信息，识别分配入对应样本，并去除嵌合体等疑问序列； 3.对获得的序列进行OTU归并划分，每个OTU的代表序列用于分类地位鉴定以及系统发育学分析； 4.根据OTU在不同样本中的丰度分布，评估每个样本的多样性水平，并通过稀疏曲线反映测序深度是否达标; 5.对各样本(组)在不同分类水平的具体组成进行分析(并检验组间是否具有统计学差异) ; 6.通过多种多变量统计学分析工具，进一步衡量不同样本(组)间的菌群结构差异及与差异相关的物种; 7.根据物种在各样本中的组成分布，构建互作关联网络; 8.根据16S rRNA基因测序结果，还可预测各样本的菌群代谢功能。 在以上结果的基础上，使用多种数据可视化和交互式工具，绘制具备论文发表水准的二维/三维图表，全方位客观地呈现以上分析结果。 |
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研究主 要内容 |
主要内容： ·GraPhlAn可视化展示 ·Krona交互式展示 ·热图分析 ⑤Beta多样性分析 ·PCA分析 ·UniFrac-PCoA分析 ·UniFrac-MDS分析 ·UniFrac-UPGMA聚类分析 ·UniFrac距离组间/组内差异比较分析 ⑥菌群比较分析和关键物种筛选 ·PLS-DA分析 ·Adonis/PERMANOVA分析 ·ANOSIM分析 ·随机森林分析 ⑦关联网络分析 ·优势物种互作Spearman关联网络分析 ⑧菌群代谢功能预测 ·PICRUSt功能预测分析 ·功能类群分布柱状图分析 ·功能类群分布小提琴图分析 ·共有功能类群的Venn图分析 ·结合聚类分析的功能类群热图分析 |
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研究方法和 手段 |
许多经典方法在肠道菌群研究方面一直沿用，但分子生物学技术的快速发展为肠道菌群研究提供了全新的方法和思维，现如今适用于肠道菌群研究的分子生物学技术，主要包括荧光原位杂交、基于聚合酶链式反应的变性梯度凝胶电泳技术、实时荧光定量PCR技术、基因芯片技术及测序技术等。 在分子生物学的研究方法中，16S rDNA序列分析已经成为细菌种属鉴定和分类的标准方法, 大约2500个种的16S rDNA全序列已经被报道, 根据它们的序列同源性, 已经构建了各种属的系统发育树。16S rDNA区序列分析法所采用的技术与16S rRNA序列分析法几乎完全相同, 不同的就是在获得特异片段时所使用的 PCR扩增引物，这也是两种方法分子基础的不同之处。 16S rDNA由于种类少，含量大，分子大小适中，既能体现不同菌属之间的差异，又能利用测序技术较容易地得到其序列，故广泛应用于菌种鉴定和系统发生学研究。16S rDNA 序列总长度为 1 540 bp，含有 9 个高度可变区（V1—V9），且存在于所有细菌中，可用于细菌的种类鉴定和进化分析。 其中 V3 和 V6 序列差异最大，可用于大多数细菌的鉴定和分类。 本文拟建立 16S rDNA V3—V4区的序列分析技术，来研究四川鹦鹉和亚历山大鹦鹉与肠道微生物的协同进化机制。其原理就是利用微生物DNA中的16S rDNA片段，通过克隆、测序或是酶切、探针杂交等获得16S rDNA v3-v4 区基因片段的序列信息，再与16S rDNA数据库中的资料进行比较，从而确定其在进化树中的位置，以鉴定微生物的种类。 |
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参考文献 |
[1] Nelson TM, Rogers TL, Carlini AR, Brown MV. Diet and phylogeny shape the gut microbiota of Antarctic seals: a comparison of wild and captive animals[J]. Environmental Microbiology, 2013, 15 (4) :1132. [2] Waite DW, Deines P, Taylor MW.Gut Microbiome of the Critically Endangered New Zealand Parrot, the Kakapo (Strigops habroptilus)[J]. PLoS One, 2012, 7(4):e35803. [3] Waite DW, Eason DK, Taylor MW. Influence of Hand Rearing and Bird Age on the Fecal Microbiota of the Critically Endangered Kakapo[J]. Applied amp; Environmental Microbiology, 2014, 80 (15): 4650-4658. [4] 杜爽. 基于16S rRNA 基因序列分析红耳龟和四眼斑水龟肠道微生物群落结构[D]. 海南师范大学, 2014. [5] 冯子山. 云南芒坝村大紫胸鹦鹉繁殖生态学研究[D]. 西南林业大学, 2009. [6] 高权新, 吴天星, 王进波. 肠道微生物与寄主的共生关系研究进展[J].动物营养学报, 2010, 22 (3): 519-526. [7] 谭振, 翟丽维, 陈少康, 刘会杰, 王楚端. 肠道微生物与宿主遗传背景互作关系的研究进展[J].中国畜牧杂志, 2016, 52(5): 84-88. [8] 王珊珊, 王佳堃, 刘建新. 肠道微生物对宿主免疫系统的调节及其可能机制[J].动物营养学报, 2015, 27(2): 375-382. [9] 吴晓阳. 基于16S rDNA的豺、狼、家犬肠道微生态研究[D]. 曲阜师范大学, 2016. [10] 邢孟欣. 养殖大菱鲆肠道微生物多样性及功能分析[D]. 中国科学院研究生院, 2013. [11] 杨伟平. 藏猪肠道细菌群落组成与纤维素分解菌的研究[D]. 西北农林科技大学, 2015. [12] 张亚楠. 蛋鸡肠道微生物菌群结构特征与产蛋水平关联性研究[D]. 河南农业大学, 2016. [13] 赵佩华. 宿主遗传信息对肠道微生物菌落成员的影响[D]. 华东师范大学, 2016. |
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工作进度安排 |
3月前完成现有资料的采集及分析。 4月前完成样本提取及基本实验准备。 5月份对获得的数据进行处理和计算，获得调查的初步结果，并阅读大量相关文献，对所得结果进行验证。 5月下旬完成毕业论文的撰写，并在此后的时间内对毕业论文加以修改和完善。 5月底完成论文答辩。 |
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预期成果 |
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指导教师 意 见 |
指导教师签名： 年 月 日 |
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资料编号：[76957]
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