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健康中国荷斯坦奶牛不同发育阶段瘤胃的菌群多样性研究

摘自:黑龙江畜牧兽医杂志发布时间:2018-11-02作者:admin浏览次数:57

现代生物学认为,动物体是一个由大量真核细胞和在其体内共生的微生物群落共同构成的超级生物体。机体的代谢由宿主自身基因组及微生物基因组共同调节,这种宿主与微生物之间的共同代谢过程最终调节宿主的健康。V.I.Haraszthy等研究发现,消化道中能进行培养的细菌仅占肠道菌群的10%左右,因此应该采用免培养的16S rDNA测序方法进行瘤胃细菌的研究。本试验采用Hiseq测序平台的16S rDNA ( V4 ~V5 )测序技术,对健康中国荷斯坦奶牛瘤胃细菌进行测序,避免了传统细菌分离培养的弊端。本试验以3月龄、6月龄、18月龄及30月龄作为取样时间点,分别代表哺乳期犊牛、断奶期犊牛、青成牛和成年牛。M.Li等研究发现,来自不同位点和取样时间的瘤胃样品中微生物组成基本类似,多样性指数的相似性分别达到95.4%和93.4%,但是不同个体之间差异较大,仅有85.5%的相似性,说明与采样位点和时间相比,个体差异对瘤胃微生物多样性分析结果的影响更大。本试验用平行取样、等量混合的方法减少了个体之间的误差。

李伟等利用16S rDNA测序技术对断奶犊牛瘤胃细菌多样性进行了分析,结果发现,断奶犊牛瘤胃内主要存在厚壁菌门、拟杆菌门,这与本试验中犊牛阶段的测序结果一致。M.Kim等通过分析RDP数据库中反刍动物瘤胃细菌的16S rRNA基因序列发现,这些细菌序列在相似性≥97%的情况下得到5 271个OTUs,基于稀释度曲线分析显示,这些OTUs占已知细菌的71%,这些OTUs可分配到19个已知的门中,其中厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门数量最多,拥有的OTUs分别是2 958(56%)、 1 610(31%)和226(4%),这3个主要的门占91.0%。以上两个试验结果与本试验在成年牛瘤胃中检测到厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门结果基本一致。另外,本试验还检测到柔壁菌门、蓝藻门、螺旋体门、纤维杆菌门及黏胶球形门等,这几个门类的细菌在犊牛瘤胃中丰度极低,但在成年牛瘤胃中有较高的相对丰度,推测这些门类细菌在成年牛瘤胃内维持消化功能及微生物平衡有重要作用。

D.M.Stevenson等通过对16S rRNA基因进行相对实时定量PCR来研究奶牛瘤胃细菌多样性,结果发现,厚壁菌门中瘤胃球菌科的瘤胃球菌属、梭菌科的梭菌属、毛螺菌科的丁酸弧菌属、罗氏菌属,拟杆菌门中普氏菌科的普氏菌属、拟杆菌科的拟杆菌属,螺旋体门中螺旋体科的螺旋体属,以及纤维杆菌门纤维杆菌科纤维杆菌属相对丰度较高。而本试验发现,在犊牛瘤胃中普氏菌属-7、毛螺菌科NK3A20、罗氏菌属,在青成牛和成年牛阶段瘤胃中反刍杆菌属、梭菌属、毛螺菌科NK3A20、普氏菌属-1、拟杆菌属、螺旋体属和纤维杆菌属等有较高的相对丰度。这两个试验结果存在一定相似性,但在本试验中发现普氏菌属-7主要存在于犊牛瘤胃中,而普氏菌属-1主要存在于成年牛瘤胃中,至于出现这种现象的原因及这两个属的细菌在瘤胃中的作用,由于本试验没有涉及,还有待于进一步研究。

R. J.Michelland等利用单链构象多态性方法分析了牛消化道中细菌群落在空间与时间上的多样性及与肠道环境参数的相关性,结果证实,瘤胃、网胃与盲肠微生物群落都呈现出动态变化的特点。本试验在OTU交叠分析时发现,中国荷斯坦奶牛瘤胃中存在部分固定菌群,同时在奶牛生长发育过程中部分菌群消失,又有新的菌群在瘤胃中定居。说明中国荷斯坦奶牛瘤胃内是一个动态平衡的微生物环境。

 S.WongwilaiwalinS等研究发现,降解木质纤维素的微生物在门水平主要是厚壁菌门和拟杆菌门。有关研究已经证明,普氏菌属、梭菌属、丁酸弧菌属、拟杆菌属、反刍杆菌属、螺旋体属和纤维杆菌属是PTB-BKI、BCACT及BCAACT挥发酸生成途径中主要的挥发酸产生菌。这些优势门类在瘤胃发酵中具有极为重要的作用,如果这些瘤胃菌群失调,那么将会使瘤胃对纤维素的降解能力不足或产生过量酸性气体,引发前胃弛缓、瘤胃臌气、瘤胃酸中毒等一系列疾病。本试验中检测到,这些菌属在青成牛及成年牛瘤胃中有较高的相对丰度,而在哺乳犊牛和断奶犊牛瘤胃中相对丰度较低,说明瘤胃菌群结构与不同阶段奶牛瘤胃功能相适应。

本研究利用16S rDNA测序方法系统地研究了四个阶段中国荷斯坦奶牛瘤胃中的菌群结构特点,检测到成年奶牛有丰富的瘤胃菌群,其不论在多样性上还是丰度上都远远高于犊牛瘤胃细菌,说明中国荷斯坦奶牛瘤胃内是一个动态平衡的微生物环境,四个阶段中国荷斯坦奶牛瘤胃菌群有不同的结构特点。本研究进一步增加了人们对奶牛瘤胃细菌的认识,为今后研究奶牛瘤胃菌群提供了参考。

健康中国荷斯坦奶牛瘤胃内是一个动态平衡的微生物环境,四个阶段中国荷斯坦奶牛瘤胃菌群结构存在明显差异,其中哺乳犊牛与断奶犊牛瘤胃菌群属丰度低、结构简单,以毛螺菌科NK3A20、普氏菌属-7、罗氏菌属为主;青成牛与成年牛瘤胃菌群丰度高、结构复杂,以反刍杆菌属、梭菌属、毛螺菌科-NK3A20、普氏菌属-1、普氏菌属-7、普氏菌属UCG-003、拟杆菌属、螺旋体属和纤维杆菌属为主。


逄宾宾,王  雨,杨  妍,王志文,曹荣峰*

(青岛农业大学 动物科技学院,山东 青岛 266109)




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