雀形目鸟类尾脂腺微生物组与化学、蛋白质组关联的探索性研究：揭示羽毛维护与化学通讯的生态适应机制

《Antonie van Leeuwenhoek》：Exploring the associations between preen oil bacterial, chemical and proteomic profiles of passerines

　　本研究针对鸟类尾脂腺共生菌群在羽毛抗菌保护与化学通讯中的功能起源争议，通过对8种雀形目鸟类的尾脂腺微生物组、挥发性有机化合物（VOC）及蛋白质组进行多组学分析，首次系统揭示了其组成特征及潜在关联。研究发现尾脂腺菌群以链球菌属（Streptococcus）、乳酸球菌属（Lactococcus）等为主，化学谱以醇类、酮类和羧酸为主，蛋白质功能集中于蛋白酶解和氧化应激响应。尽管未直接验证菌群与化学谱的因果关系，但发现尾脂腺中存在可产生VOC和细菌素（bacteriocin）的菌属，且其丰度存在种间差异，提示栖息地湿度等生态因子可能驱动适应性演化。该研究为阐释鸟类尾脂腺功能的微生物贡献提供了新视角。

　　

鸟类通过尾脂腺分泌的尾脂油对羽毛的防水、抗菌和抗机械磨损具有关键作用，但尾脂油中的化学信号分子（如挥发性有机化合物VOC）和抗菌成分究竟来源于宿主自身还是其共生微生物，一直是学界争议的焦点。以往研究多集中于少数鸟类物种，且对尾脂油中蛋白质组成及其功能认知极为有限。随着鸟类嗅觉通讯功能逐渐被揭示，尾脂油VOC在个体识别、择偶和天敌规避中的作用日益受到重视，而微生物可能通过合成VOC和抗菌肽（如细菌素）直接参与这些生理过程。为此，研究人员在《Antonie van Leeuwenhoek》发表了一项开创性研究，首次对多种雀形目鸟类的尾脂腺微生物组、化学谱和蛋白质组进行整合分析，试图揭示三者之间的关联及其生态意义。

本研究主要采用以下技术方法：首先，通过16S rRNA基因测序（V4-V5区）分析尾脂腺菌群组成，使用Ion Torrent平台进行高通量测序，并通过DADA2流程处理数据；其次，利用搅拌棒吸附萃取（SBSE）结合气相色谱-质谱联用（GC-MS）对尾脂油中的VOC进行非靶向分析，鉴定化合物并通过mVOC数据库比对微生物来源潜力；最后，通过液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）对尾脂油蛋白质组进行鉴定，并通过基因本体（GO）注释分析其功能。样本来源于捷克共和国野外捕获的8种雀形目鸟类（共20个体），确保采样时间集中于繁殖前期以控制季节性干扰。

Preen oil bacteriome

研究发现，尾脂腺菌群以厚壁菌门（Firmicutes）和放线菌门（Actinobacteriota）为主导，其中链球菌属（Streptococcus）、乳酸球菌属（Lactococcus）、棒状杆菌属（Corynebacterium）和皮肤杆菌属（Cutibacterium）为优势菌属。家麻雀（House sparrow）的菌群组成尤为独特，其变形菌门（Proteobacteria）和Enhydrobacter属丰度显著高于其他物种。通过Upset图分析显示，仅有一个ASV（属于Cutibacterium）为所有个体共享，多数菌株具有个体特异性。

Preen oil chemical/VOC profiles

共鉴定出38种化合物，其中73%为微生物来源VOC（mVOC），主要包括醇类、醛类、酮类和羧酸。芦苇莺（Savi's warbler）和大苇莺（Great reed warbler）的化学多样性最高，而普通?（European nuthatch）仅检测到5种化合物。四种化合物为所有个体共享，但化学谱的Jaccard差异表明种间分化显著。值得注意的是，部分VOC（如壬醛、芳樟醇）已知具有抗真菌和驱蚊活性，提示其可能在抵御羽毛降解菌和体外寄生虫中发挥作用。

Preen oil proteomic profiles

蛋白质组分析显示，长尾山雀（Long-tailed tit）和柳莺（Willow warbler）的蛋白质数量最多（41和30个），而沙燕（Sand martin）最低（14-16个）。所有蛋白质均来源于宿主，其中溶菌酶（lysozyme）仅于长尾山雀中检测到，为唯一具有直接抗菌活性的蛋白。GO功能注释表明，尾脂油蛋白质主要参与蛋白酶解、氧化应激响应、过氧化氢代谢和脂肪酸β-氧化等过程，分子功能以结构蛋白活性和金属离子结合为主。

Preen oil bacteriome and associated preen oil mVOCs and bacteriocin production

通过mVOC和BACTIBASE数据库比对，发现沙燕和芦苇莺的尾脂腺菌群中潜在mVOC产生菌丰度最高（95%和84%），而家麻雀仅20%。尽管Procustes分析未发现菌群结构与化学谱的显著关联（P=0.53），但河岸栖息物种（如芦苇莺）表现出更高的化学多样性和mVOC产生菌丰度，提示湿度等环境因子可能驱动适应性演化。此外，柳莺的菌群中76%为潜在细菌素产生菌，但蛋白质组中未直接检测到细菌素，可能与肽段稳定性或检测方法局限有关。

本研究首次系统描绘了雀形目鸟类尾脂腺微生物组、化学谱与蛋白质组的交互网络，证实了菌群在合成VOC和抗菌肽中的潜在贡献。尽管受样本量限制未能明确因果关系，但为后续实验（如菌群移植）提供了关键假设：鸟类尾脂腺功能可能通过微生物-宿主协同进化实现生态适应。未来需结合更多物种和个体水平数据，深入解析菌群功能在鸟类羽毛维护与化学通讯中的演化意义。