不同饲料利用效率的长白猪肠道微生物宏基因组学和肠黏膜转录组学研究

发布时间：2020-07-29 15:24

【摘要】：畜禽的饲料转化效率是衡量生长性状的一个重要指标,在很大程度上影响养殖效益。猪的饲料转化效率与肠道的健康和生理状况密切相关,肠道的健康状态受到寄居在肠道内的大量的微生物的影响,同时宿主的饮食及遗传背景等因素又影响着肠道微生物的群落结构,肠道微生物与宿主之间存在着复杂而密切的互作关系。本研究通过微生物宏基因组学和转录组学技术探讨猪饲料效率与肠道微生物群落及肠道黏膜基因表达的关系。饲养于相同环境的育肥期长白猪根据饲料转化效率的差异进行分组,进行粪便和肠道各段(十二指肠、空肠、回肠、盲肠、结肠、直肠)食糜样品的16S rDNA序列V3+V4区高通量测序。结果显示育肥阶段,高低饲料效率长白猪的粪便优势菌门都为Firmicutes,Bacteroidetes,Spirochaetes和Proteobacteria,共同占比超过95%。菌属水平上,发现多个菌属在两组比较中存在差异,例如Prevotella在低组显著富集,而Treponema,Lactobacillu 等在高组相对丰度更高。小肠段(十二指肠、空肠、回肠)和大肠段(盲肠、结肠、直肠)及粪便样本在微生物聚类上可以分为两大类。高低饲料效率组在各段肠道的比较中,差异菌属各有不同,可以通过生物标记物(差异菌属)进行区分。盲肠和结肠食糜分别进行宏基因组de novo测序分析。两段肠道高低饲料效率组的差异微生物都主要参与碳水化合物代谢,并可能影响到宿主的生长状况。饲料效率高组的盲肠和结肠中都含有更多的益生菌,例如Lactobacillus中的一些菌种等。饲料效率低组都富集到更高比例的Prevotella。功能注释结果显示盲肠位置高低饲料效率组差异的通路主要是与丙酮酸相关代谢途径,影响宿主对能量的吸收。结肠微生物的差异通路中有多个与辅酶因子和维生素代谢相关。盲肠和结肠位置的黏膜组织分别进行RNA-seq。得到138(高低组盲肠黏膜比较),64(高低组结肠粘膜比较)和165(盲肠黏膜和结肠黏膜比较)差异表达基因。功能注释结果显示,高低组比较中上调的基因与小肠的淀粉损失、一些核苷酸和药物代谢相关,参与短链脂肪酸代谢、胃肠蠕动以及生物转化。下调的基因主要参与免疫和疾病相关代谢。初步筛选与饲料效率性状相关候选基因,例如 GUCA2A、GUCA2B、HSP70.2、NOS2、PCK1、SLCs 和 CYPs 等。相关性分析发现与差异菌显著相关的差异表达基因,如S100G,TMEM200A等。除Prevotella外,上调的基因与相关微生物呈正相关,下调的基因与相关微生物负相关。本研究证实饲料效率差异条件下,相同猪种的粪便及肠道各段微生物存在差异,并且差异的微生物各有不同。利用宏基因分析分别揭示高低饲料效率组盲肠和结肠位置的微生物在生物学功能上的差异性。通过对应位置的差异表达基因分析,发现肠道黏膜存在少量与营养代谢相关的基因受到微生物结构差异的影响出现差异。另外,差异表达基因与差异的微生物存在显著的相关性。由于本研究中只使用了 4对个体作为样本,研究结果最好能够未来在更大的猪群中进行验证。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S828.5
【图文】：

中国农业大学博士学位论文逦第二章不同饲料效率长白猪粪便微生物多样性分析逡逑表４－１粪便样本采样个体饲料转化率逡逑Ｔａｂｌｅ邋４－１邋Ｆｅｅｄ邋ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋ｒａｔｉｏｓ邋ｏｆ邋ｆｅｃａｌ邋ｓａｍｐｌｅｓ邋ｏｆ邋ｓｅｌｅｃｔｅｄ邋ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｓ．逡逑Ｇｒｏｕｐ逦ＨＦＣＲ逦ＬＦＣＲ逦Ｐ－ｖａｌｕｅ逡逑ｎ逦２０逦２０逡逑ＦＣＲ逦２．０４９±0．０６５逦２．８３４±０．１４５逦２．５２２Ｅ－２３逡逑ＤＦＩ逦１．８８３±０．１２４逦２．２４５±０．２１４逦１．０４７Ｅ－０７逡逑ＡＤＧ逦０．９２０±０．０７４逦０．７９４±０．０８７逦１．５８２Ｅ－０５逡逑Ｉｎｉｔｉａｌ邋ＢＷ逦５０．８６０±１．４４４逦５０．５３５±０．５２８逦０．３５０逡逑Ｆｉｎｉａｌ邋ＢＷ邋逦９２．２７４±３．２３７逦８６．２６６士４．１７０逦１．００２Ｅ－０５逡逑ＦＣＲ饲料转化率，ＤＦＩ日采食ｆｉ，邋ＡＤＧ测定期平均日增重，Ｉｎｉｔｉａｌ邋ＢＷ测定初始体重，Ｆｉｎｉａ丨ＢＷ结测体重．逡逑

Ｆｉｇｕｒｅ邋２－３邋Ａｖｅｒａｇｅ邋ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔ邋ｂａｃｔｅｒｉａ邋ｐｈｙｌａ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｆｅｃａｌ邋ｍｉｃｒｏｂｅｓ邋ｉｎ邋ｈｉｇｈ邋ａｎｄ邋ｌｏｗ邋ｆｅｅｄ邋ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ逡逑菌属水平上，各个样品中平均超过一半的菌属未分类鉴定到，这其中的原因有注释信息的局逡逑限性，１６ＳｒＤＮＡ扩增测序的准确度和未知微生物的广泛存在（图２４）。在注释到菌属信息的样逡逑品结果中，普氏菌属ＺＶｅｖｏ／ｅ／／ａ、密螺旋体属２＞ｅｐ0７７ｅ／？ｆｌ、颤螺菌属６＾ｃｚ７／0ｊ：；Ｈ＇ｒａ、链球菌属逡逑Ｓｆｒｅｐｔｏｃｏｃｃｗｓ、瘤胃球菌属？Ｒｗ／ｗ／ｗｏｃｏｃｃｗｓ和乳杆菌属Ｌａｃｔｏｆｏａｃｉ／ｔｏ等相对占比较高，可以认为逡逑是粪便微生物的优势菌属。尽管优势菌属的种类在高低饲料转化率组中相类似，但是两组中各个逡逑菌属的比例不仅相同。从图２－５的平均菌属比较中可以看出，除了未分类的菌属，注释到分类信逡逑息的优势菌属邋ｉＶｅｖ0ｒｅ／／ａ邋（ＨＦＣＲ，邋７．９７％；邋ＬＦＣＲ，邋１２．２３％），邋ｒｒｅ／ｗｎｅ／Ｔ＾ＣＨＦＣＲ，１０．７４％；邋ＬＦＣＲ，逡逑４．８８％），邋Ｏｓｃｉｌｌｏｓｐｉｒａ邋（ＨＦＣＲ，邋４．８２％；邋ＬＦＣＲ，邋４．９０％），邋Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ邋（ＨＦＣＲ，邋３．４３％；邋ＬＦＣＲ，逡逑３．２４％），邋Ｒｕｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ邋（ＨＦＣＲ，邋３．０３％；邋ＬＦＣＲ，邋２．６７％），邋Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ邋（ＨＦＣＲ，邋３．５２％；邋ＬＦＣＲ，逡逑２．０１％）。逡逑１６逡逑

．！！邋ｎｉｉｉｉｉｉｉ？逡逑：二如邋＿—ｄ逡逑图３－２高低饲料效率组肠道各段优势菌在菌属水平上平均相对丰度逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－２邋Ａｖｅｒａｇｅ邋ｒｅｌａｔｉｖｅ邋ａｂｕｎｄａｎｃｅｓ邋ｏｆ邋ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔ邋ｂａｃｔｅｒｉａ邋ａｔ邋ｔｈｅ邋ｇｅｎｕｓ邋ｌｅｖｅｌ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ邋ｄｉｇｅｓｔａ邋ｉｎ邋ｈｉｇｈ邋ａｎｄ逡逑ｌｏｗ邋ｆｅｅｄ邋ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ邋ｇｒｏｕｐｓ邋ａｔ邋ｅａｃｈ邋ｌｏｃａｔｉｏｎ逡逑通过热图展示相对丰度高的优势菌在各组微生物群落的相似性，通过图３－３可以看到肠道前逡逑段（十二指肠、空肠、回肠）和肠道后段（盲肠、结肠、直肠、粪便）的优势菌结构聚类结果，逡逑明显地聚为两大类，这也说明肠道前段和肠道后段的微生物由于需氧和厌氧条件及食糜组成形成逡逑明显差异。通过ＰＣｏＡ图像比较氋低组各段肠道样本个体的微生物结构相似性（图３４），可以发逡逑现，肠道后段样本分布比较集中，说明样本间微生物群落结构相似性更高，肠道后段样本与前段逡逑样本距离较远，说明样本间微生物群落结构相似性不高。在十二指肠位置上，Ｌｄｕｏｄｅｎｕｍ组的第逡逑４号样本与其他３个样本距离较远，也表明了各组微生物中组内存在一定的差异性。逡逑２９逡逑

本文编号：2774143