Vliv přítomnosti uropygiální žlázy na intenzitu a diverzitu mikroorganismů v ptačím opeření

Bc. Nikola Baierlová

Master's thesis

The effect of the presence of preen gland on intensity and diversity of feather microorganisms

Anotácia:

Uropygiální žláza (UŽ) je jediná holokrinní mazová žláza ptačího integumentu, jejíž sekrety jsou roztírány zobákem do peří během komfortního chování (tzv. „preeningu“). Proto se předpokládá, že hlavní rolí UŽ u ptáků je udržování mechanické integrity a voděodolnosti jejich opeření. Současné studie však naznačují, že uropygiální žláza hostí symbiotická společenstva mikroorganismů a sekrety uropygiální žlázy obsahují látky s antimikrobiálním a chemosignalizačním potenciálem. Tyto látky, spolu s mikroorganismy distribuovanými do opeření během „preeningu“ tak pravděpodobně zajišťují ptákům optimální mikrobiotu v jejich opeření, působí jako ochrana před ektoparazity či potencionálními patogeny včetně peří degradujících bakterií, či jim dokonce poskytují olfaktorickou komunikaci. Tyto další předpokládané funkce byly však doposud testovány pouze okrajově. V této diplomové práci jsme se rozhodly experimentálně testovat význam přítomnosti UŽ u modelového druhu pěvce, vrabce domácího (Passer domesticus), jehož jedincům byla operativně odstraňována UŽ a následně byly po dobu 3 měsíců sledovány rozdíly v diverzitě a složení bakteriálního společenstva v různých typech opeření (tělní vs. letky) těchto experimentálních jedinců. Z naších výsledků vyplývá, že odstranění UŽ mělo vliv jak na celkovou druhovou rozmanitost a bohatost bakteriálního společenstva, tak na druhové složení bakteriálního společenstva v opeření modelového druhu pěvce. Tento efekt byl však závislý na jednotlivých fázích experimentu a lišil se pro jednotlivé typy opeření. Zatímco v tělním opeření druhová bohatost bakterií signifikantně klesala 12 dní po odstranění žlázy a dále už se v pozdějších fázích experimentu neměnila a stabilizovala se na úroveň stejnou pro kontrolní jedince, na letkách se 12 dní po zákroku druhová bohatost průkazně zvýšila, nicméně pak prudce klesla a stabilizovala se 6 a 12 týdnů od zákroku. Celkově byla pro jedince s odstraněnou UŽ patrná nižší druhová bohatost bakterií na letkách oproti skupině s ponechanou UŽ. Druhová rozmanitost se vlivem odstranění žlázy v tělním opeření neměnila, avšak na letkách se významně zvýšila, nicméně opět pouze 12 dní po odstranění UŽ, poté už jen klesala a stabilizovala se 12 týdnů po zákroku na úroveň před odstraněním UŽ. Tento trend byl však patrný i pro kontrolní jedince. Podobný krátkodobý efekt odstranění UŽ byl patrný také na složení bakteriálního společenstva v tělním opeření, které se výrazněji lišilo pouze 12 dní po odstranění UŽ, avšak na letkách byly rozdíly patrnější až 6 a 12 týdnů po odstranění UŽ. Taxonomické složení bakteriálního společenstva se měnilo jak vlivem odstranění UŽ, tak v jednotlivých fázích experimentu. Početnost některých dominantních bakteriálních rodů se významně měnila mezi jedinci s odstraněnou a ponechanou UŽ, nicméně nebyla pozorována významná dominance potencionálně patogenních bakteriálních rodů. I když u jedinců s odstraněnou UŽ více dominovaly rody jejichž zástupci jsou schopni degradovat opeření, stejně tak jsou tyto bakterie schopné produkovat antimikrobiální látky. Nelze tedy z našich dat posoudit prospěšnost či patogenitu nalezených dominantních bakteriálních rodů. Lze tedy shrnout, že absence UŽ u modelového druhu pěvce měla vliv na bohatost, rozmanitost i složení bakteriálního společenstva v opeření, nicméně tento efekt byl pouze krátkodobý a závisel také na typu opeření. Zajímavým výsledkem je efekt odstranění UŽ na taxonomické složení a rozdílnou početnost vybraných bakteriálních rodů, které mohou hostiteli přinášet různé výhody či nevýhody, což by mělo být před

Anotácia:

mětem budoucích studií.

Abstract:

The uropygial gland (UG) is the only holocrine sebaceous gland of the avian integument whose secretions are smeared into the feathers by the beak during comfort behavior (so-called "preening"). Therefore, it is assumed that the main role of the UG in birds is to maintain the mechanical integrity and waterproofness of their plumage. However, current studies suggest that the uropygial gland hosts symbiotic communities of microorganisms and that uropygial gland secretions contain substances with antimicrobial and chemosignaling potential. These substances, together with microorganisms distributed to the plumage during "preening", are thus likely to provide birds with an optimal microbiota in their plumage, act as protection against ectoparasites or potential pathogens including feather-degrading bacteria, or even provide olfactory communication. However, these other putative functions have so far been only marginally tested. In this thesis, we decided to experimentally test the significance of the presence of UG in a model songbird species, the House Sparrow (Passer domesticus), whose individuals were operatively removed of UG and subsequently monitored for 3 months for differences in the diversity and composition of the bacterial community in the different plumage types (body vs. flight) of these experimental individuals. Our results indicate that the removal of UG had an effect on both the overall species diversity and richness of the bacterial community and the species composition of the bacterial community in the plumage of the model songbird species. However, this effect was dependent on the different phases of the experiment and varied for different plumage types. While in body plumage, bacterial species richness decreased significantly 12 days after gland removal and did not change further in the later stages of the experiment and stabilized to the same level as for controls, in the anthers, species richness increased conclusively 12 days after the intervention, but then decreased sharply and stabilized 6 and 12 weeks after the intervention. Overall, lower bacterial species richness on the leaflets was evident for the individuals with the UG removed compared to the group with the UG retained. Species richness did not change as a result of gland removal in body plumage, but increased significantly on the leaflets, but again only 12 days after UG removal, then declined and stabilized 12 weeks after the intervention to the level before UG removal. However, this trend was also evident for control individuals. A similar short-term effect of UG removal was also evident in the composition of the bacterial community in the body plumage, which differed significantly only 12 days after UG removal, but differences were more evident in the leaflets 6 and 12 weeks after UG removal. The taxonomic composition of the bacterial community varied both due to the removal of UG and at different stages of the experiment. The abundance of some dominant bacterial genera varied significantly between individuals with removed and retained UG, but no significant dominance of potentially pathogenic bacterial genera was observed. Although individuals with the UG removed were more dominated by genera whose representatives are able to degrade the feathering, these bacteria are equally capable of producing antimicrobial agents. Thus, it is not possible to assess the usefulness or pathogenicity of the dominant bacterial genera found from our data. Thus, it can be summarized that the absence of UG in the model songbird species had an effect on the richness, diversity and composition of the bacterial community in the plumage, but this effect was only short-lived and also depended on the type of plumage. An interesting result is the effect of the removal of UG on the taxonomic composition and differential abundance of selected bacterial genera, which may confer different advantages or disadvantages to the host and should be the subject of future studies.

Kľúčové slová

sekret, mikroorganismy, opeření, ptáci, uropygiální žláza

Keywords

uropygial gland, secretion, microorganisms, plumage, birds

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 16. 4. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 16. 5. 2023
• Vedúci: prof. Ing. Eva Tůmová, CSc.
• Oponent: Jakub Kreisinger, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Companion Animal Management