Compartmentalization of bacterial and fungal microbiomes in the gut of adult honeybees  

成年蜜蜂腸道中細菌和真菌微生物群的區(qū)室化  

來源：npj Biofilms and Microbiomes volume 7, Article number: 42 (2021)

《npj生物膜與微生物組》第7卷 文章編號42（2021年）

 

摘要內容：  

研究揭示了成年蜜蜂腸道微生物的三類組成（核心細菌、環(huán)境來源細菌和真菌）在四個腸道區(qū)室（蜜囊、中腸、回腸、直腸）的區(qū)室化分布模式。通過結合分子生物學、培養(yǎng)技術和微傳感器測量，發(fā)現(xiàn)微生物分布與腸道物理化學梯度（氧氣、pH、氧化還原電位）和代謝物濃度顯著相關。核心細菌（如Snodgrassella、Gilliamella）主導群落，但環(huán)境細菌和真菌同樣呈現(xiàn)分區(qū)特異性。研究首次系統(tǒng)證明非核心微生物的區(qū)室化現(xiàn)象，為理解腸道微生態(tài)互作提供新視角。  

 

研究目的：  

驗證蜜蜂腸道中三類微生物（核心細菌、環(huán)境來源細菌、真菌）是否均受腸道物理化學梯度影響而形成區(qū)室化分布，并探究其生態(tài)意義。  

 

研究思路：  

1. 解剖分離蜜蜂四段腸道區(qū)室（蜜囊、中腸、回腸、直腸）。  

2. 量化微生物豐度（qPCR）、分析群落組成（16S/ITS測序）、培養(yǎng)活性真菌。  

3. 使用微電極測量腸道氧氣、pH、氧化還原電位梯度。  

4. 檢測代謝物（糖類、短鏈脂肪酸）濃度變化。  

5. 整合數(shù)據(jù)解析微生物分布與腸道環(huán)境的關聯(lián)機制。  

 

測量的數(shù)據(jù)及來源：  

1. 微生物豐度與分布  

   ? 細菌/真菌細胞數(shù)量（圖2b）  

 

   ? 細菌核心類群（Snodgrassella、Gilliamella等）分區(qū)豐度（圖2b）  

 

   ? 環(huán)境細菌OTUs分布（圖4）  

 

   ? 真菌群落組成（圖2h）  

 

2. 物理化學參數(shù)  

   ? 氧氣濃度徑向分布（圖5b）  

 

   ? 腸道區(qū)室直徑（圖5c）  

 

   ? pH梯度（圖5d）  

 

   ? 氧化還原電位（圖5e）  

 

3. 代謝物濃度  

   ? 糖類（果糖、葡萄糖等）消耗趨勢（圖5f）  

 

   ? 短鏈脂肪酸（乙酸、乳酸等）積累（圖5g）  

 

數(shù)據(jù)的研究意義：  

1. 區(qū)室化驗證：微生物豐度（細菌在直腸最高，真菌隨腸道后移遞增）證明腸道微環(huán)境驅動分區(qū)定植。  

2. 功能關聯(lián)：pH梯度（蜜囊6.1→直腸4.8）與微生物發(fā)酵產物（乙酸）積累相關，解釋乳酸菌在酸性區(qū)的優(yōu)勢。  

3. 生態(tài)互作：氧氣分布（直腸0–37.5 μmol/L）支持好氧/兼性厭氧菌（如Snodgrassella）的空間分工。  

4. 環(huán)境適應性：環(huán)境細菌/真菌的物種更替（圖3b-c）反映其對腸道梯度的適應性分化。  

 

使用丹麥Unisense電極測量的數(shù)據(jù)意義：  

1. 氧氣微剖面（圖5b）：首次在自然狀態(tài)蜜蜂中發(fā)現(xiàn)直腸存在微量氧氣（0–37.5 μmol/L），推翻實驗室條件下直腸完全缺氧的假設，表明野外蜜蜂腸道氧化狀態(tài)受飲食波動影響。  

2. pH梯度（圖5d）：連續(xù)測量顯示pH從蜜囊（6.1）到直腸（4.8）顯著下降，且與微生物負荷負相關，證明微生物代謝活動是酸化主因。  

3. 氧化還原電位（圖5e）：全腸道維持正電位（215–370 mV），中腸最低（266 mV），結合缺氧環(huán)境，表明發(fā)酵產物（如乙酸）以氧化態(tài)積累，解釋腸道抑真菌機制。  

 

結論：  

1. 蜜蜂腸道三類微生物（核心細菌、環(huán)境細菌、真菌）均呈現(xiàn)區(qū)室化分布，受物理化學梯度（O?、pH、氧化還原電位）驅動。  

2. 核心細菌主導群落功能，但環(huán)境細菌（如鏈霉菌屬）和真菌（如Starmerella酵母）具有代謝潛力（糖降解、維生素合成）。  

3. 微生物分區(qū)塑造腸道代謝微環(huán)境：前腸富集糖類，后腸積累短鏈脂肪酸（如乙酸）。  

4. 真菌（尤其發(fā)酵型酵母）與細菌互作，可能通過物理接觸和代謝互補影響群落穩(wěn)定性。