寄养金华仔猪肠道微生物的宏基因组研究

摘要

肠道微生物发挥着能量代谢调控、异源物质代谢、细胞修复、免疫等重要作用，与宿主的健康与疾病有着直接关系。肠道微生物菌群的建立受到出生方式、抗生素、疾病、饮食、周围环境和基因型等多种因素的影响，猪也不例外。寄养是工厂化养猪生产中常见的手段，可以达到均衡母猪带仔数、降低哺乳期死亡率、提高断奶重的目的。然而，寄养对仔猪肠道微生物的影响目前尚不清楚。
　　本研究中将金华仔猪出生后立即寄养给了约克母猪，另有非寄养的金华仔猪、约克仔猪及采食开食料的约克仔猪作为对照组。所有仔猪21日龄时屠宰。屠宰前，称空腹重。屠宰后，立即收集它们的盲肠内容物。提取盲肠内容物总微生物DNA后，选择16S rDNA V3区进行扩增，再用Illumina HiSeq2000进行宏基因组测序。所得数据用主要用QIIME和Mothur等软件进行数据预处理和下游分析。通过分析，得到了仔猪微生物菌群alpha多样性、beta多样性等相关数据。最后，通过LEfSe分析去鉴定差异OTU。
　　实验结果显示:金华仔猪寄养后，生长速度显著高于它们的同胞兄弟。宏基因组测序的数据，经数据处理后得到了2，300，922个高质量的16S rDNA reads，每个样本的reads数从148，336到249，035不等，平均为191，743/个，reads的平均长度为191bp。通过计算各样品的Shannon值、逆Simpson值、Richness、Shannon均值，发现各组间alpha多样性差异不显著。序列注释后，所有样本49％到74％的序列都被注释到两个主要的门，即Bacteroidetes和Firmicutes。寄养金华仔猪的Bacteroidetes数量（YJ组，39.6％）介于JJ组(44.4％)和YY组(YY1，31.4％; YY2，35.9％)间。LEfSe分析显示，不同处理组间的肠道微生物菌群确实存在差异OTU:金华仔猪JJ组与约克仔猪YY1组间有83个LDA值超过2.0的OTU;寄养后的仔猪YJ组与亲兄弟间JJ组有60个LDA值超过2.0的OTU;寄养后的仔猪YJ组与继兄弟间YY1组有61个LDA值超过2.0的OTU。基于Jaccard和Theta YC相似性的PCoA分析都可以看出，金华仔猪（JJ组）肠道微生物与约克仔猪(YY1组、YY2组)分别聚类，寄养仔猪（YJ组）介于它们之间，即金华仔猪寄养后，肠道微生物菌群与它们的同胞兄弟相比出现了偏移，更倾向于它们的继兄弟了。同时，PCoA分析也显示，添加了开食料的YY2组与其他组仔猪肠道微生物出现了显著的聚类结果。
　　实验中，寄养显著提高了生长较慢的金华仔猪的生长速度。推测，引起金华仔猪生长速度提高的原因可能有继母乳汁营养成分的不同以及肠道微生物的变化。通过宏基因组分析，证明了仔猪寄养后，确实发生了肠道微生物菌群的变化，包括仔猪肠道内第一大类群Bacteroidetes数量的改变和beta多样性所显示的改变。引起肠道微生物菌群变化的原因可能有两点。一是寄养后食物的改变，约克母猪乳汁的营养成分与金华母猪不同可能导致肠道微生物的变化。二是寄养后仔猪接触到的新环境成为了仔猪肠道微生物的主要来源。YJ仔猪与YY1仔猪生活在一起，在同居的过程中接触到相同的环境，可通过从粪便到口、从口到口、从皮肤到口的途径，接触和感染上相同的微生物菌群，因而造成了YJ仔猪肠道微生物偏离亲兄弟而趋近于继兄弟。
　　本研究用宏基因组的方法描述了哺乳仔猪肠道微生物图谱，证明了寄养对仔猪肠道微生物菌群的影响，初步揭示了生长速度与肠道微生物菌群可能存在的关系，也同时证明了食物对仔猪肠道微生物的显著影响。
　　综上所述，本研究通过对寄养仔猪的肠道微生物菌群的宏基因组研究，揭示了初生阶段的环境对动物肠道微生物形成的重要影响，同时仔猪的生产速度可能与肠道微生物相关。该结论为认识动物肠道微生物建立过程提供了基础理论支持，也在养猪生产中具有重大的实践意义。