不同飼料利用效率的長白豬腸道微生物宏基因組學和腸黏膜轉錄組學研究
發(fā)布時間:2020-07-29 15:24
【摘要】:畜禽的飼料轉化效率是衡量生長性狀的一個重要指標,在很大程度上影響?zhàn)B殖效益。豬的飼料轉化效率與腸道的健康和生理狀況密切相關,腸道的健康狀態(tài)受到寄居在腸道內的大量的微生物的影響,同時宿主的飲食及遺傳背景等因素又影響著腸道微生物的群落結構,腸道微生物與宿主之間存在著復雜而密切的互作關系。本研究通過微生物宏基因組學和轉錄組學技術探討豬飼料效率與腸道微生物群落及腸道黏膜基因表達的關系。飼養(yǎng)于相同環(huán)境的育肥期長白豬根據飼料轉化效率的差異進行分組,進行糞便和腸道各段(十二指腸、空腸、回腸、盲腸、結腸、直腸)食糜樣品的16S rDNA序列V3+V4區(qū)高通量測序。結果顯示育肥階段,高低飼料效率長白豬的糞便優(yōu)勢菌門都為Firmicutes,Bacteroidetes,Spirochaetes和Proteobacteria,共同占比超過95%。菌屬水平上,發(fā)現(xiàn)多個菌屬在兩組比較中存在差異,例如Prevotella在低組顯著富集,而Treponema,Lactobacillu 等在高組相對豐度更高。小腸段(十二指腸、空腸、回腸)和大腸段(盲腸、結腸、直腸)及糞便樣本在微生物聚類上可以分為兩大類。高低飼料效率組在各段腸道的比較中,差異菌屬各有不同,可以通過生物標記物(差異菌屬)進行區(qū)分。盲腸和結腸食糜分別進行宏基因組de novo測序分析。兩段腸道高低飼料效率組的差異微生物都主要參與碳水化合物代謝,并可能影響到宿主的生長狀況。飼料效率高組的盲腸和結腸中都含有更多的益生菌,例如Lactobacillus中的一些菌種等。飼料效率低組都富集到更高比例的Prevotella。功能注釋結果顯示盲腸位置高低飼料效率組差異的通路主要是與丙酮酸相關代謝途徑,影響宿主對能量的吸收。結腸微生物的差異通路中有多個與輔酶因子和維生素代謝相關。盲腸和結腸位置的黏膜組織分別進行RNA-seq。得到138(高低組盲腸黏膜比較),64(高低組結腸粘膜比較)和165(盲腸黏膜和結腸黏膜比較)差異表達基因。功能注釋結果顯示,高低組比較中上調的基因與小腸的淀粉損失、一些核苷酸和藥物代謝相關,參與短鏈脂肪酸代謝、胃腸蠕動以及生物轉化。下調的基因主要參與免疫和疾病相關代謝。初步篩選與飼料效率性狀相關候選基因,例如 GUCA2A、GUCA2B、HSP70.2、NOS2、PCK1、SLCs 和 CYPs 等。相關性分析發(fā)現(xiàn)與差異菌顯著相關的差異表達基因,如S100G,TMEM200A等。除Prevotella外,上調的基因與相關微生物呈正相關,下調的基因與相關微生物負相關。本研究證實飼料效率差異條件下,相同豬種的糞便及腸道各段微生物存在差異,并且差異的微生物各有不同。利用宏基因分析分別揭示高低飼料效率組盲腸和結腸位置的微生物在生物學功能上的差異性。通過對應位置的差異表達基因分析,發(fā)現(xiàn)腸道黏膜存在少量與營養(yǎng)代謝相關的基因受到微生物結構差異的影響出現(xiàn)差異。另外,差異表達基因與差異的微生物存在顯著的相關性。由于本研究中只使用了 4對個體作為樣本,研究結果最好能夠未來在更大的豬群中進行驗證。
【學位授予單位】:中國農業(yè)大學
【學位級別】:博士
【學位授予年份】:2018
【分類號】:S828.5
【圖文】:
中國農業(yè)大學博士學位論文邐第二章不同飼料效率長白豬糞便微生物多樣性分析逡逑表4-1糞便樣本采樣個體飼料轉化率逡逑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邐HFCR邐LFCR邐P-value逡逑n邐20邐20逡逑FCR邐2.049±0.065邐2.834±0.145邐2.522E-23逡逑DFI邐1.883±0.124邐2.245±0.214邐1.047E-07逡逑ADG邐0.920±0.074邐0.794±0.087邐1.582E-05逡逑Initial邋BW邐50.860±1.444邐50.535±0.528邐0.350逡逑Finial邋BW邋邐92.274±3.237邐86.266士4.170邐1.002E-05逡逑FCR飼料轉化率,DFI日采食fi,邋ADG測定期平均日增重,Initial邋BW測定初始體重,Finia丨BW結測體重.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逡逑菌屬水平上,各個樣品中平均超過一半的菌屬未分類鑒定到,這其中的原因有注釋信息的局逡逑限性,16SrDNA擴增測序的準確度和未知微生物的廣泛存在(圖24)。在注釋到菌屬信息的樣逡逑品結果中,普氏菌屬ZVevo/e//a、密螺旋體屬2>ep077e/?fl、顫螺菌屬6^cz7/0j:;H'ra、鏈球菌屬逡逑Sfreptococcws、瘤胃球菌屬?Rw/w/wococcws和乳桿菌屬Lactofoaci/to等相對占比較高,可以認為逡逑是糞便微生物的優(yōu)勢菌屬。盡管優(yōu)勢菌屬的種類在高低飼料轉化率組中相類似,但是兩組中各個逡逑菌屬的比例不僅相同。從圖2-5的平均菌屬比較中可以看出,除了未分類的菌屬,注釋到分類信逡逑息的優(yōu)勢菌屬邋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
.。″澹睿椋椋椋椋椋椋?逡逑:二如邋_—d逡逑圖3-2高低飼料效率組腸道各段優(yōu)勢菌在菌屬水平上平均相對豐度逡逑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逡逑通過熱圖展示相對豐度高的優(yōu)勢菌在各組微生物群落的相似性,通過圖3-3可以看到腸道前逡逑段(十二指腸、空腸、回腸)和腸道后段(盲腸、結腸、直腸、糞便)的優(yōu)勢菌結構聚類結果,逡逑明顯地聚為兩大類,這也說明腸道前段和腸道后段的微生物由于需氧和厭氧條件及食糜組成形成逡逑明顯差異。通過PCoA圖像比較氋低組各段腸道樣本個體的微生物結構相似性(圖34),可以發(fā)逡逑現(xiàn),腸道后段樣本分布比較集中,說明樣本間微生物群落結構相似性更高,腸道后段樣本與前段逡逑樣本距離較遠,說明樣本間微生物群落結構相似性不高。在十二指腸位置上,Lduodenum組的第逡逑4號樣本與其他3個樣本距離較遠,也表明了各組微生物中組內存在一定的差異性。逡逑29逡逑
本文編號:2774143
【學位授予單位】:中國農業(yè)大學
【學位級別】:博士
【學位授予年份】:2018
【分類號】:S828.5
【圖文】:
中國農業(yè)大學博士學位論文邐第二章不同飼料效率長白豬糞便微生物多樣性分析逡逑表4-1糞便樣本采樣個體飼料轉化率逡逑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邐HFCR邐LFCR邐P-value逡逑n邐20邐20逡逑FCR邐2.049±0.065邐2.834±0.145邐2.522E-23逡逑DFI邐1.883±0.124邐2.245±0.214邐1.047E-07逡逑ADG邐0.920±0.074邐0.794±0.087邐1.582E-05逡逑Initial邋BW邐50.860±1.444邐50.535±0.528邐0.350逡逑Finial邋BW邋邐92.274±3.237邐86.266士4.170邐1.002E-05逡逑FCR飼料轉化率,DFI日采食fi,邋ADG測定期平均日增重,Initial邋BW測定初始體重,Finia丨BW結測體重.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逡逑菌屬水平上,各個樣品中平均超過一半的菌屬未分類鑒定到,這其中的原因有注釋信息的局逡逑限性,16SrDNA擴增測序的準確度和未知微生物的廣泛存在(圖24)。在注釋到菌屬信息的樣逡逑品結果中,普氏菌屬ZVevo/e//a、密螺旋體屬2>ep077e/?fl、顫螺菌屬6^cz7/0j:;H'ra、鏈球菌屬逡逑Sfreptococcws、瘤胃球菌屬?Rw/w/wococcws和乳桿菌屬Lactofoaci/to等相對占比較高,可以認為逡逑是糞便微生物的優(yōu)勢菌屬。盡管優(yōu)勢菌屬的種類在高低飼料轉化率組中相類似,但是兩組中各個逡逑菌屬的比例不僅相同。從圖2-5的平均菌屬比較中可以看出,除了未分類的菌屬,注釋到分類信逡逑息的優(yōu)勢菌屬邋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
.。″澹睿椋椋椋椋椋椋?逡逑:二如邋_—d逡逑圖3-2高低飼料效率組腸道各段優(yōu)勢菌在菌屬水平上平均相對豐度逡逑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逡逑通過熱圖展示相對豐度高的優(yōu)勢菌在各組微生物群落的相似性,通過圖3-3可以看到腸道前逡逑段(十二指腸、空腸、回腸)和腸道后段(盲腸、結腸、直腸、糞便)的優(yōu)勢菌結構聚類結果,逡逑明顯地聚為兩大類,這也說明腸道前段和腸道后段的微生物由于需氧和厭氧條件及食糜組成形成逡逑明顯差異。通過PCoA圖像比較氋低組各段腸道樣本個體的微生物結構相似性(圖34),可以發(fā)逡逑現(xiàn),腸道后段樣本分布比較集中,說明樣本間微生物群落結構相似性更高,腸道后段樣本與前段逡逑樣本距離較遠,說明樣本間微生物群落結構相似性不高。在十二指腸位置上,Lduodenum組的第逡逑4號樣本與其他3個樣本距離較遠,也表明了各組微生物中組內存在一定的差異性。逡逑29逡逑
本文編號:2774143
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