您好,欢迎光临武汉贝纳科技服务有限公司
027-62435310 | service@benagen.com | 中文 | English 咨询客服
您现在的位置:主页 > 市场与支持 > 文献解读 >

文献解读 | 16S+宏基因组揭示高谷物饲喂可改变绵羊盲肠菌群组成和代谢,诱导盲肠黏膜损伤

高谷物(HG)饲料可以改变瘤胃微生物群,但在反刍动物盲肠中微生物对HG饲料的反应以及随后的微生物-宿主相互作用仍未得到探索。该研究使用16S rRNA基因测序研究了饮食变化如何改变绵羊盲肠微生物组,并使用宏基因组测序深入了解盲肠微生物对饮食转变挑战的适应性反应。并使用实时定量PCR分析了微生物组变化对上皮组织基因表达的潜在影响。本研究为反刍动物盲肠微生物稳态和宿主健康研究提供了新的参考。

 

图片

 

英文标题:Metagenomic Sequencing Reveals that High-Grain Feeding Alters the Composition and Metabolism of Cecal Microbiota and Induces Cecal Mucosal Injury in Sheep

期刊:mSystems(IF:6.469)

发表时间:2021.10.05

DOI:10.1128/mSystems.00915-21

 

实验设计

 

图片

 

主要研究结果

 

1、绵羊盲肠微生物群发酵参数的变化

通过比较喂食干草(CON [对照组])和HG(HG7 [HG喂食7天]、HG14和HG28组)饮食的动物,发现喂食HG的盲肠食糜pH值降低、总挥发性脂肪酸(VFAs)、乙酸盐、丁酸盐的浓度都持续增加,丁酸盐/乙酸盐比率增加。表明喂食HG时,盲肠的发酵模式发生变化,可能与微生物组扰动有关。

 

图片

 

2、HG喂养对盲肠食糜和粘膜的微生物多样性的影响

在喂食HG后,食糜和粘膜中的微生物群落α多样性均降低,与CON组相比,β多样性均在第14天最低。关联分析表明食糜和粘膜的微生物丰富度既与pH呈正相关,又与乙酸盐和丁酸盐浓度呈负相关。

 

图片

 

喂食HG后在食糜和粘膜中拟杆菌门更丰富,在食糜中厚壁菌门的相对丰度减少,而在粘膜中增加。并观察到厚壁菌门中瘤胃球菌科的减少和毛螺菌科的增加。这些结果表明,对绵羊喂食HG会导致盲肠微生物组成发生显著变化,这种影响可能与pH值和VFA浓度的变化有关。

 

图片

 

3、HG饮食改变盲肠微生物群落的特定群体

利用宏基因组数据探索了饮食如何刺激绵羊盲肠微生物组的特定种群。监测目标物种的微生物组随喂食时间增长的动态变化,结果表明多种微生物响应于HG饮食喂养而适应性地随时间变化,包括肠道潜在益生菌Akkermansia muciniphila。共确定301个核心物种。核心物种包括两个主要的门FirmicutesBacteroidetes,四组中核心物种的丰度变化很大,但总丰度保持稳定。

 

图片

从四组宏基因组数据中重建得到435个组装基因组 (MAG),在纲级别分类上,占比最多的MAG是Clostridia、BacteroidiaBacilli。基因组网络表现出高度的模块化,5个模块主要包含来自OscillospiralesBacteroidales的MAG,都与HG喂养呈负相关。通过揭示模块与发酵参数和喂养时间的关系,证实了先前在盲肠微生物组中检测到的时间依赖性特征,并进一步支持盲肠微生物组在基因组水平上对HG饮食的适应性反应。

 

图片

 

4、盲肠微生物组中目标功能群的适应策略

为了确定喂食HG对微生物功能的影响,进一步分析了碳氮代谢相关的功能基因丰度。通过对参与碳水化合物代谢的KEGG同源基因的定位,发现磷酸乙酰转移酶在HG组中的丰度增加。CO2的代谢主要与Wood-Ljungdahl途径相关,参与甲烷生成途径的酶丰度降低。并且与丙酮酸生物合成和代谢相关的KO基因子集,在HG 组中分别显著上调和下调。说明盲肠微生物群的碳代谢因引入HG饮食而发生改变,并随着喂养时间的推移发生适应性变化。

 

图片

 

此外还发现在喂食HG的动物中,参与氨基酸生物合成的酶具有更高的基因丰度,这与K14048 [UreAB]、K01941[尿素羧化酶]和K01457[脲基甲酸水解酶]所表现出的不同丰度脲酶是一致的。这些步骤产生的氨作为微生物蛋白合成的前体,主要通过谷氨酸途径促进微生物生长。表明尿素代谢能力的提高是喂食HG动物的一个普遍特征,这可能是由于HG饲料驱动了盲肠微生物中碳水化合物水解酶活性的增强。

 

图片

 

5、上皮基因表达与黏膜相关微生物群的关系

为了研究微生物组稳态改变对粘膜组织基因表达的潜在影响,进一步确定了与VFA吸收和代谢、细胞因子和紧密连接蛋白相关的基因的相对mRNA表达水平。HMGCS1催化合成胆固醇的丁酸代谢途径,其mRNA丰度在HG喂养的动物中明显低于干草喂养的动物,并在第28天下调。细胞内胆固醇浓度与细胞炎症和细胞膜通透性有关。IL-6是一种促炎细胞因子,在HG饮食的第7天后在盲肠上皮细胞中上调,抗炎细胞因子IL-10在第7天和第28天下调。此外,在第14天检测到促炎细胞因子和抗炎细胞因子的高表达水平,表明宿主可能对HG饮食影响的内部稳态异常做出反应。表明HG饮食的改变可能会影响盲肠上皮的功能,并诱导上皮炎症反应。

 

图片

 

关联分析表明VFA吸收相关基因与总VFA、乙酸盐和丁酸盐的浓度呈负相关,并与丁酸盐和乙酸盐的产生菌均呈负相关。TLR-3控制宿主对病原体的炎症反应,与多种病原菌富菌属呈正相关。其他抗炎细胞因子如干扰素γ (IFN- g)和IL-10也与这些病原富菌属呈正相关,提示微生物群落对宿主适应性免疫至关重要。表明盲肠微生物群的扰动会改变宿主的免疫系统来调节炎症。

 

图片

 

全文总结

 

本研究强调了喂食HG对绵羊盲肠微生物组成和代谢的干扰,导致黏膜损伤,这些发现提供了在喂食HG过程中盲肠微生物结构和适应时间进程的综合概况。它们也有助于进一步阐明反刍动物盲肠疾病的病因学。

 

Copyright © 2018 武汉贝纳科技服务有限公司 . All Rights Reserved. Designed by 鄂ICP备13016520号-1技术支持:中网维优