Study on the Diversity of Gut Bacteria from Adults of Dendrolimus kikuchii

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2022.09.023

Abstract

Abstract:

【Objective】 To study the diversity of gut bacteria from adults of field-collected Dendrolimus kikuchii， which results could lay a foundation for the prevention and control of D. kikuchii and the protection of Pinus yunnanensis and other trees.【Method】 The total gut DNA was extracted from male moths and female moths of D. kikuchii respectively.The Illumina NovaSeq （PE250） high-throughput platform was used to sequence and analysis the V3~V4 regions of the gut bacterial 16S rDNA gene， and the gut bacterial community structure and diversity from male adults and female adults of D. kikuchii were analyzed. 【Results】 A total of 1278 OTUs from adults of D. kikuchii， including 28 phyla， 75 classes， 173 orders， 296 families and 550 genera. The results showed that the dominant bacteria in adults of D. kikuchii gut at the phyla level was Proteobacteria（88.27% for female and 88.17% for male）， those at the family level， the dominant bacteria of male moths were Sphingomonadaceae（49.16%） and Comamonadaceae（19.09%）， and the dominant bacteria of female moths were Erwiniaceae（34.09%） and Comamonadaceae（16.68%）， and those at the genus level， the dominant bacteria of male moths was Sphingomonas（48.09%）， and the dominant bacteria of female moths was Pantoea（31.05%）. The species diversity of gut bacteria in female moths of D. kikuchii was more abundant than those of male moths. The gut bacteria whose abundance showed the most significant difference was Alphaproteobacteria in male moths of D. kikuchii， and Gammaproteobacteria was in female moths of D. kikuchii. 【Conclusion】 The species of gut bacteria are rich from the adults of D. kikuchii.

Key words: Dendrolimus kikuchii; morphological characteristics; gut bacteria; diversity; 16S rDNA; high-throughput sequencing

摘要：

【目的】 研究野外采集的思茅松毛虫（Dendrolimu kikuchii）成虫的肠道细菌多样性，为思茅松毛虫的防治和云南松（Pinus yunnanensis）等树木的保护奠定基础。【方法】 分别提取思茅松毛虫雄蛾和雌蛾的肠道总DNA，基于Illumina NovaSeq（PE250）平台运用高通量技术对肠道细菌16S rDNA基因V3~V4区进行测序和分析，分析雄虫和雌虫的肠道菌群的结构多样性。【结果】 从思茅松毛虫成虫中共获得1 278个操作分类单元（OTUs），涵盖28个门75个纲173个目296个科550个属。在门水平上，雄蛾和雌蛾的优势菌为变形菌门（Proteobacteria，雌81.27%/雄81.17%）；在科水平上，雄蛾的优势菌科是鞘脂单胞菌科（Sphingomonadaceae，49.16%）和丛毛单胞菌科（Comamonadaceae，19.09%），雌蛾的优势菌科是欧文氏菌科（Erwiniaceae，34.09%）和丛毛单胞菌科（Comamonadaceae，16.68%）；在属水平上，雄蛾的优势菌属是鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas，48.09%），雌蛾的优势菌属是泛生菌属（Pantoea，31.58%）。思茅松毛虫雌蛾肠道细菌的物种多样性比雄蛾丰富。雄蛾肠道中丰度差异显著性最高的菌群为α-变形菌纲（Alphaproteobacteria），雌蛾肠道中丰度差异显著性最高的菌群为γ-变形杆菌纲（Gammaproteobacteria）。【结论】 思茅松毛虫成虫肠道具有丰富的细菌资源。

关键词: 思茅松毛虫, 形态特征, 肠道细菌, 多样性, 16S rDNA, 高通量测序

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Figures/Tables 12

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样本 Sample		原始序列数 Number of raw reads （条）	有效序列数 Number of valid reads （条）	OUT数 Number of OTUs （个）	不同分类阶元分类单元数（个） Number of different taxonomic categories
样本 Sample		原始序列数 Number of raw reads （条）	有效序列数 Number of valid reads （条）	OUT数 Number of OTUs （个）	门 Phylum	纲 Class	目 Order	科 Family	属 Genus
雄蛾 Male moths	CX₁	130 311	128 634	288	15	27	77	117	180
	CX₂	129 994	128 057	501	23	46	105	176	273
	CX₃	134 192	132 357	262	16	23	61	94	156
	Total	394 497	389 048	724	24	53	131	218	366
雌蛾 Femalemoths	CC₁	284 173	276 887	701	24	52	121	202	359
	CC₂	275 621	269 167	229	14	19	50	83	138
	CC₃	243 167	237 303	545	23	45	113	185	309
	Total	802 961	783 357	994	26	60	147	248	460
Total		1 197 458	1 172 405	1 278	28	75	173	296	550

样本 Sample		原始序列数 Number of raw reads （条）	有效序列数 Number of valid reads （条）	OUT数 Number of OTUs （个）	不同分类阶元分类单元数（个） Number of different taxonomic categories
样本 Sample		原始序列数 Number of raw reads （条）	有效序列数 Number of valid reads （条）	OUT数 Number of OTUs （个）	门 Phylum	纲 Class	目 Order	科 Family	属 Genus
雄蛾 Male moths	CX₁	130 311	128 634	288	15	27	77	117	180
	CX₂	129 994	128 057	501	23	46	105	176	273
	CX₃	134 192	132 357	262	16	23	61	94	156
	Total	394 497	389 048	724	24	53	131	218	366
雌蛾 Femalemoths	CC₁	284 173	276 887	701	24	52	121	202	359
	CC₂	275 621	269 167	229	14	19	50	83	138
	CC₃	243 167	237 303	545	23	45	113	185	309
	Total	802 961	783 357	994	26	60	147	248	460
Total		1 197 458	1 172 405	1 278	28	75	173	296	550

门Phylum		科 Family		属 Genus
雌成虫 Female adult	雄成虫 Male adult	雌成虫 Female adult	雄成虫 Male adult	雌成虫 Female adult	雄成虫 Male adult
变形菌门 Proteobacteria （88.27%）	变形菌门 Proteobacteria （88.17%）	欧文氏菌科 Erwiniaceae （34.09%）	鞘脂单胞菌科 Sphingomonadaceae （49.16%）	泛生菌属 Pantoea （31.58%）	鞘氨醇单胞菌属 Sphingomonas （48.90%）
Actinobacteriota（7.20%）	Bacteroidota （5.19%）	丛毛单胞菌科 Comamonadaceae（16.68%）	丛毛单胞菌科Comamonadaceae （19.09%）	鞘氨醇单胞菌属Sphingomonas （10.03%）	水瓶菌属 Aquabacteriaum （13.27%）
厚壁菌门 Firmicutes （5.57%）	厚壁菌门 Firmicutes （3.02%）	鞘脂单胞菌Sphingomonadaceae （10.19%）	柄杆菌科Caulobacteraceae （8.76%）	假单胞菌 Pelomonas （7.71%）	短波单胞菌属 Brevundimonas （5.06%）
Bacteroidota （3.58%）	Actinobacteriota （1.65%）	弧菌科 Vibrionaceae （7.08%）	黄杆菌科Flavobacteriaceae （3.43%）	弧菌属 Vibrio （7.08%）	黄杆菌 Flavobacterium （3.42%）
		丙酸杆菌科Propionibacteriaceae （3.56%）	莫拉氏菌科Moraxellaceae （2.42%）	水瓶菌属 Aquabacteriaum （6.40%）	不粘柄菌属 Asticcacaulis （3.21%）
		伯克氏菌科Burkholderiaceae （3.14%）	伯克氏菌科Burkholderiaceae （1.24%）	Cutibacterium （3.53%）	丛毛单胞菌科未鉴定到属unclassified_f__Comam- onadaceae（2.69%）
		柄杆菌科Caulobacteraceae （3.01%）	红环菌科Rhodocyclaceae （1.22%）	青枯菌属 Ralstonia （2.70%）	不动杆菌属 Acinetobacter （2.38%）
		肠杆菌科Enterobacteriaceae （2.08%）	草酸杆菌科Oxalobacteraceae （1.02%）	欧文氏菌属Erwinia （2.51%）	假单胞菌 Pelomonas （1.80%）
		微杆菌科Microbacteriaceae （1.36%）	毛螺菌科Lachnospiraceae （0.56%）	短波单胞菌属Brevundimonas （2.25%）	Methyloversatilis （1.20%）
		黄杆菌科Flavobacteriaceae （1.35%）	乳酸细菌科Lactobacillaceae （0.51%）	微囊藻毒素降解菌 Paucibacter （1.59%）	微囊藻毒素降解菌 Paucibacter （1.05%）
		毛螺菌科Lachnospiraceae （1.23%）	肠杆菌科Enterobacteriaceae （0.31%）	黄杆菌 Flavobacterium （1.35%）	乳酸菌属 Lactobacillus （0.51%）
		乳酸杆菌科 Lactobacillaceae （1.10%）	丙酸杆菌科Propionibacteriaceae （0.18%）	Kosakonia （1.23%）	Cutibacterium （0.18%）
		莫拉氏菌科 Moraxellaceae （1.09%）	弧菌科 Vibrionaceae （0.15%）	乳酸菌属 Lactobacillus （1.10%）	弧菌属 Vibrio （0.15%）
		红环菌科 Rhodocyclaceae （0.23%）	欧文氏菌科Erwiniaceae （0.13%）	不动杆菌属 Acinetobacter （1.00%）	泛生菌属 Pantoea （0.13%）
			微杆菌科Microbacteriaceae （0.10%）	丛毛单胞菌科未鉴定到属unclassified_f__ Comamonadaceae （0.74%）
				不粘柄菌属Asticcacaulis （0.60%）
				Methyloversatilis （0.22%）

门Phylum		科 Family		属 Genus
雌成虫 Female adult	雄成虫 Male adult	雌成虫 Female adult	雄成虫 Male adult	雌成虫 Female adult	雄成虫 Male adult
变形菌门 Proteobacteria （88.27%）	变形菌门 Proteobacteria （88.17%）	欧文氏菌科 Erwiniaceae （34.09%）	鞘脂单胞菌科 Sphingomonadaceae （49.16%）	泛生菌属 Pantoea （31.58%）	鞘氨醇单胞菌属 Sphingomonas （48.90%）
Actinobacteriota（7.20%）	Bacteroidota （5.19%）	丛毛单胞菌科 Comamonadaceae（16.68%）	丛毛单胞菌科Comamonadaceae （19.09%）	鞘氨醇单胞菌属Sphingomonas （10.03%）	水瓶菌属 Aquabacteriaum （13.27%）
厚壁菌门 Firmicutes （5.57%）	厚壁菌门 Firmicutes （3.02%）	鞘脂单胞菌Sphingomonadaceae （10.19%）	柄杆菌科Caulobacteraceae （8.76%）	假单胞菌 Pelomonas （7.71%）	短波单胞菌属 Brevundimonas （5.06%）
Bacteroidota （3.58%）	Actinobacteriota （1.65%）	弧菌科 Vibrionaceae （7.08%）	黄杆菌科Flavobacteriaceae （3.43%）	弧菌属 Vibrio （7.08%）	黄杆菌 Flavobacterium （3.42%）
		丙酸杆菌科Propionibacteriaceae （3.56%）	莫拉氏菌科Moraxellaceae （2.42%）	水瓶菌属 Aquabacteriaum （6.40%）	不粘柄菌属 Asticcacaulis （3.21%）
		伯克氏菌科Burkholderiaceae （3.14%）	伯克氏菌科Burkholderiaceae （1.24%）	Cutibacterium （3.53%）	丛毛单胞菌科未鉴定到属unclassified_f__Comam- onadaceae（2.69%）
		柄杆菌科Caulobacteraceae （3.01%）	红环菌科Rhodocyclaceae （1.22%）	青枯菌属 Ralstonia （2.70%）	不动杆菌属 Acinetobacter （2.38%）
		肠杆菌科Enterobacteriaceae （2.08%）	草酸杆菌科Oxalobacteraceae （1.02%）	欧文氏菌属Erwinia （2.51%）	假单胞菌 Pelomonas （1.80%）
		微杆菌科Microbacteriaceae （1.36%）	毛螺菌科Lachnospiraceae （0.56%）	短波单胞菌属Brevundimonas （2.25%）	Methyloversatilis （1.20%）
		黄杆菌科Flavobacteriaceae （1.35%）	乳酸细菌科Lactobacillaceae （0.51%）	微囊藻毒素降解菌 Paucibacter （1.59%）	微囊藻毒素降解菌 Paucibacter （1.05%）
		毛螺菌科Lachnospiraceae （1.23%）	肠杆菌科Enterobacteriaceae （0.31%）	黄杆菌 Flavobacterium （1.35%）	乳酸菌属 Lactobacillus （0.51%）
		乳酸杆菌科 Lactobacillaceae （1.10%）	丙酸杆菌科Propionibacteriaceae （0.18%）	Kosakonia （1.23%）	Cutibacterium （0.18%）
		莫拉氏菌科 Moraxellaceae （1.09%）	弧菌科 Vibrionaceae （0.15%）	乳酸菌属 Lactobacillus （1.10%）	弧菌属 Vibrio （0.15%）
		红环菌科 Rhodocyclaceae （0.23%）	欧文氏菌科Erwiniaceae （0.13%）	不动杆菌属 Acinetobacter （1.00%）	泛生菌属 Pantoea （0.13%）
			微杆菌科Microbacteriaceae （0.10%）	丛毛单胞菌科未鉴定到属unclassified_f__ Comamonadaceae （0.74%）
				不粘柄菌属Asticcacaulis （0.60%）
				Methyloversatilis （0.22%）

样本Sample		Shannon指数 Shannon index	Simpson指数 Simpson index	ACE指数 ACE index	Chao1指数 Chao1 index	Coverage指数 Coverage index
雌蛾 Female moths	CC₁	4.315 7	0.053 9	716.411 7	712.812 5	0.999 9
	CC₂	1.311 8	0.380 4	499.567 4	380.500 0	0.999 6
	CC₃	2.671 4	0.147 4	613.331 5	635.617 6	0.999 7
均值±标准差 Mean ± SD		2.766 3±1.504 2^a	0.193 9±0.168 2^a	609.770 2±108.47^a	576.310 0±173.91^a	0.999 7
雄蛾 Male moths	CX₁	2.498 3	0.255 4	323.119 9	333.000 0	0.999 7
	CX₂	2.990 1	0.213 0	530.314 9	573.769 2	0.999 6
	CX₃	2.262 1	0.294 9	290.810 4	299.187 5	0.999 7
均值±标准差 Mean ± SD		2.583 5±0.371 4^a	0.254 4±0.040 9^a	381.415 1±129.96^a	401.985 6±149.73^a	0.999 7