Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
การวิเคราะห์ไมโครไบโอมและอีพีเจเนติกส์ของลิงหางยาวชนิดย่อยธรรมดา Macaca fascicularis fascicularis และลิงหางยาวชนิดย่อยพม่า M. fascicularis aurea ในถิ่นที่อยู่ที่ต่างกัน
Year (A.D.)
2022
Document Type
Thesis
First Advisor
Suchinda Malaivijitnond
Second Advisor
Sunchai Payungporn
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Department (if any)
Department of Biology (ภาควิชาชีววิทยา)
Degree Name
Doctor of Philosophy
Degree Level
Doctoral Degree
Degree Discipline
Zoology
DOI
10.58837/CHULA.THE.2022.1080
Abstract
Macaca fascicularis (long-tailed macaques) occupy a wide habitat range in Southeast Asia and are divided into 10 subspecies. Among the 10 subspecies, M. f. fascicularis (Mff) encompassed the largest distribution, and M. f. aurea (Mfa) was the only Old-World monkey reported using stone as tools to forage encased food. Previous studies indicated the distinctive genetic characteristics between the two subspecies, and Mfa primarily inhabited coastal and estuary habitats to a greater extent than the overall Mff populations. Thus, the ecological conditions appeared to be conducive to natural selection of stone-tool use behavior. Based on the current interest in an association between gut microbiota and brain development, namely the gut-brain axis, this study aimed to investigate the effect of host genetics (Mff and Mfa), habitat types (mangrove and island) and diets (human-fed foods or natural foods) on gut microbiota composition. Two populations, each of Mff and Mfa, residing on the island and in mangrove forests were recruited. In addition to their natural foods, only Mff could access to human-fed foods during the field survey. Fecal specimens (n = 30 for each population) were collected for gut microbiota analysis using 16S rRNA gene sequencing on Oxford Nanopore Technologies. Mff populations exhibited higher bacterial species richness (alpha diversity) in their gut microbiota compared to respective Mfa populations living in the same habitat types. The dominant bacterial phyla in the gut microbiota of both subspecies were Firmicutes and Bacteroidetes; however, Mfa exhibited a significantly higher relative abundance of these phyla compared to the Mff. This denoted that the composition of gut microbiota primarily differed based on variations in diet, although the influence of host genetics and habitat type should not be disregarded. Since the fecal specimen collections were performed during the COVID-19 lockdown (12 July – 6 August 2022) when the human-fed foods were diminished, an island-living, namely Koh Ped, Mff faced food scarcity. They developed stone-tool use “pound-hammering-like” behavior to forage for natural foods, i.e., oysters, which was less proficient than the pound-hammering behaviors previously reported in the Mfa and Mfa x Mff hybrids, suggesting a potential genetic contribution of Mfa to the skill of stone-tool manipulation in M. fascicularis. Koh Ped-Mff stone tool users were mostly adults and subadults, and 88% were males which might be because of the higher weight of stones used. To understand the association between gut-brain axis and stone-tool use behavior, plasma tryptophan (Trp) and serotonin (5-HT) levels were subsequently determined using the HPLC technique and compared between the Mff non-stone-tool users and the Mfa stone-tool users living in mangrove forests. Because of the very low levels of 5-HT in plasma, the current HPLC method was unable to detect it, and only Trp levels were compared in this study. Categorizing animals into three age-classes (adult, subadult and juvenile), plasma Trp levels were not significantly different within and between populations, except that the Mfa adults had higher plasma Trp levels than the Mff adults which were associated with the higher prevalence of stone-tool use. Thus, this study revealed an association of gut microbiota, dietary adaptations, and cultural behaviors, particularly stone-tool use, in these macaques, contributing to the knowledge of complex interactions between host genetics, diet, and gut microbiota.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
Macaca fascicularis หรือลิงหางยาว มีการแพร่กระจายอย่างกวางขวางทั่วทั้งเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ โดยแบ่งออกเป็น 10 ชนิดย่อย ซึ่งใน 10 ชนิดย่อยนี้ M. f. fascicularis (Mff) มีการแพร่กระจายกว้างขวางที่สุด ส่วน M. f. aurea (Mfa) จัดเป็นลิงโลกเก่าเพียงชนิดเดียวที่มีรายงานการใช้เครื่องมือหินในการหาอาหาร ในการศึกษาก่อนหน้านี้พบว่า Mff และ Mfa มีลักษณะทางพันธุกรรมที่แตกต่างกัน และส่วนใหญ่ Mfa อาศัยอยู่บริเวณชายฝั่งหรือบริเวณปากแม่น้ำมากกว่า Mff ดังนั้นคาดว่าสภาพแวดล้อมน่าจะมีส่วนสำคัญในการคัดเลือกตามธรรมชาติในพฤติกรรมการใช้เครื่องมือหิน ในปัจจุบันนี้พบว่ามีความสนใจศึกษาวิจัยเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างจุลินทรีย์ในลำไส้และการพัฒนาของสมอง หรือ gut-brain axis ดังนั้นโครงการวิจัยนี้จึงสนใจศึกษาผลของลักษณะทางพันธุกรรมของเจ้าบ้าน (Mff และ Mfa) ถิ่นอาศัย (ป่าชายเลนและเกาะ) และอาหาร (อาหารที่ได้รับจากมนุษย์และอาหารจากธรรมชาติ) ต่อองค์ประกอบของจุลินทรีย์ในลำไส้ โดยทำการคัดเลือก Mff และ Mfa มาอย่างละ 2 ประชากร ที่อาศัยอยู่บนเกาะและอยู่ในป่าชายเลน ตามลำดับ นอกเหนือจากอาหารตามธรรมชาติแล้วพบว่าในระหว่างการสำรวจ Mff ยังได้รับอาหารเพิ่มเติมจากมนุษย์อีกด้วย จากการเก็บอุจจาระที่ลิงถ่ายออกมา (ประชากรละ 30 ตัว) นำมาวิเคราะห์จุลินทรีย์ในลำไส้ด้วยการศึกษาลำดับของยีนส่วน 16S rRNA โดยใช้เทคโนโลยี Oxford Nanopore ผลการศึกษาพบว่าประชากร Mff มีความหลากหลายของแบคทีเรีย (alpha diversity) มากกว่า Mfa ที่มีถิ่นอาศัยชนิดเดียวกัน โดยไฟลัมเด่นของจุลินทรีย์ในลำไส้ของลิงทั้งสองชนิด คือ Firmicutes และ Bacteroidetes โดย Mfa มีค่าปริมาณเชิงสัมพัทธ์สูงกว่า Mff อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ ซึ่งบ่งชี้ให้เห็นว่าองค์ประกอบของจุลินทรีย์ในลำไส้มีความแปรผันขึ้นกับชนิดของอาหารเป็นหลัก แต่ปัจจัยจากพันธุกรรมของเจ้าบ้านและถิ่นอาศัยก็ยังคงมีส่วน จากการเก็บอุจจาระลิงในช่วงที่รัฐบาลออกมาตรการจำกัดการเดินทาง (lockdown) เนื่องจากการแพร่ระบาดของโรคโควิด-19 ระหว่างวันที่ 12 กรกฏาคม ถึง 6 สิงหาคม 2565 ลิงในธรรมชาติจึงได้รับอาหารจากมนุษย์ลดลง ทำให้ Mff ที่อาศัยอยู่บนเกาะเป็ด เผชิญกับสภาวะขาดแคลนอาหาร และได้พัฒนาพฤติกรรมการใช้เครื่องมือหินแบบ “pound-hammering-like” ในการหาอาหาร เช่น หอยนางรม ซึ่งมีประสิทธิภาพต่ำกว่า “pound-hammering” ที่มีรายงานมาก่อนหน้านี้ใน Mfa และลิงลูกผสม Mfa x Mff ซึ่งสะท้อนให้เห็นว่าพันธุกรรมของ Mfa มีผลต่อทักษะการใช้เครื่องมือหินในลิงหางยาว โดยพบว่าลิงบนเกาะเป็ดส่วนใหญ่ที่แสดงพฤติกรรมนี้อยู่ในระยะโตเต็มวัยสมบูรณ์และระยะโตเต็มวัย โดยร้อยละ 88 เป็นลิงเพศผู้ ทั้งนี้อาจเนื่องมาจากหินที่ใช้เป็นเครื่องมือมีน้ำหนักมาก ดังนั้นเพื่อให้เข้าใจถึงความสัมพันธ์ของ gut-brain axis และพฤติกรรมการใช้เครื่องมือหิน จึงได้เก็บตัวอย่างพลาสม่าจากลิงหางยาวที่อาศัยอยู่ในป่าชายเลน จำนวน 2 ประชากร โดยประชากรแรกเป็นลิงชนิด Mfa ที่สามารถใช้เครื่องมือหินได้ ส่วนอีกประชากรเป็นลิงชนิด Mff ที่ไม่สามารถใช้เครื่องมือหินได้ นำมาตรวจวัดระดับทริปโตเฟน (Trp) และซีโรโทนิน (5-HT) ในพลาสม่าด้วยเทคนิค HPLC แต่ด้วย 5-HT มีระดับที่ต่ำมากในพลาสม่าจึงไม่สามารถตรวจวัดได้ด้วยเทคนิค HPLC ดังนั้นในการศึกษาครั้งนี้จึงเปรียบเทียบเฉพาะระดับ Trp จากการแบ่งลิงในแต่ละประชากรออกเป็น 3 กลุ่มตามช่วงวัย คือ ระยะโตเต็มวัยสมบูรณ์ ระยะโตเต็มวัยและระยะเด็ก พบว่าระดับ Trp ในพลาสม่าไม่มีความแตกต่างกันระหว่างช่วงวัยทั้งในลิงประชากรเดียวกันและระหว่างประชากร ยกเว้นลิง Mfa ในระยะโตเต็มวัยสมบูรณ์ที่มีระดับ Trp ในพลาสม่าสูงกว่าลิง Mff ระยะโตเต็มวัยสมบูรณ์อย่างสัมพันธ์กับพฤติกรรมการใช้เครื่องมือหินที่พบได้มากกว่า ผลจากการศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างจุลินทรีย์ในลำไส้ การปรับอาหาร และพฤติกรรมทางวัฒนธรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้เครื่องมือหิน ในลิงมะแคคเหล่านี้ ที่นำไปสู่ความรู้เกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างพันธุกรรมของเจ้าบ้าน อาหารและ จุลินทรีย์ในลำไส้
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Muhammad, Raza, "Gut microbiome and epigenetics analysis of common long-tailed macaque macaca fascicularis fascicularis and burmese long-tailed macaque m. fascicularis aurea in different habitat types" (2022). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 10447.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/10447