基于16S rRNA测序技术解析绵羊瘤胃微生物区系特征及其与剩余采食量的关系研究

作     者：张煜坤 

作者单位：甘肃农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王维民

授予年度：2022年

学科分类：0905[农学-畜牧学] 09[农学] 

主      题：绵羊 剩余采食量 饲料效率 16S rRNA测序 瘤胃微生物 

摘      要：反刍动物瘤胃被认为是自然界中微生物定植密度最高的生态系统之一,在机体营养物质的吸收、转化、分配以及宿主神经、免疫调节等诸多方面发挥着重要的作用。剩余采食量是衡量动物饲料效率的重要指标,而绵羊瘤胃微生物与剩余采食量的关系尚不明确。本研究测定了1150只80～180日龄湖羊公羔的剩余采食量(residual feed intake,RFI)、饲料转化率(feed conversion ratio,FCR)、平均日采食量(average daily feed intake,ADFI)、平均日增重(average daily gain,ADG)等饲料效率及其相关性状,采集瘤胃内容物样品进行了16S rRNA(16S ribosomal RNA)扩增子测序,从瘤胃微生物多样性、优势菌群、核心微生物和功能预测等方面系统研究了湖羊瘤胃微生物区系特征,使用肠菌力(microbiability,m)概念剖分RFI的瘤胃微生物效应并利用两部分线性模型鉴定与湖羊剩余采食量关联的瘤胃微生物标记,以期为绵羊剩余采食量的改良和高饲料效率微生态制剂的开发提供新思路。研究结果如下:(1)湖羊饲料效率性状具有时序性特征,随日龄增长而逐渐降低。80～180日龄湖羊FCR为5.94±0.63,变异系数为0.11;RFI的变异范围为-0.26～0.27 kg/d,与FCR和ADFI均呈显著正相关,与初始体重、末期体重和日增重等生长性状无显著相关。(2)本研究使用Illumina Nova Seq测序平台对绵羊瘤胃微生物进行16S rRNA测序,共获得68,370,589条高质量reads,下机处理后共获得11,976个ASVs(amplicon sequence variants,ASVs)并分配到33个门,87个纲,191个目,319个科和639个属。样本内多样性分析(alpha-diversity)表明绵羊瘤胃菌群高度复杂且多样化,Shannon和Gini-Simpson指数平均值分别为5.3732和0.9862。湖羊瘤胃优势菌门为Bacteroidota、Firmicutes、Spirochaetota、Fibrobacterota和Proteobacteria;优势菌属为Prevotella、Treponema、Rikenellaceae RC9 gut group、Fibrobacter和F082。在门水平上,鉴定到Bacteroidota、Firmicutes和Fibrobacterota3个核心微生物门;在属水平上,鉴定到Eubacterium coprostanoligenes group、Lachnospiraceae ND3007 group、Clostridia UCG-014、Erysipelatoclostridiaceae UCG-004、Eubacterium ruminantium group等43个核心细菌属。湖羊瘤胃菌群功能主要集中在翻译、核糖体结构和生物合成、氨基酸转运和代谢、细胞壁/膜/包膜生物合成、碳水化合物转运和代谢、转录、辅酶转运与代谢和能量产生和转换等方面。(3)湖羊瘤胃菌群可解释至少18%的RFI变异,高饲料效率绵羊瘤胃微生物群落多样化程度较高,鉴别到18种影响湖羊80～180日龄RFI的关键瘤胃菌属,其中Trichococcus、Ahniella、KD4-96、Youngiibacter、Sporacetigenium、Coriobacteriaceae UCG-002、Fibrobacter和Oscillospiraceae等8个菌属与RFI呈显著正相关,Lactococcus、Leuconostoc、F082、UCG-004、Flexilinea、NK4A214group、Incertae Sedis、UCG-001、Muribaculaceae和UCG-010等10个菌属均与RFI呈显著负相关。