上海欧易生物医学科技有限公司

分析测试百科网 > 行业资讯 > 微信文章

Front Immunol | 畜牧研究：16S和非靶向代谢组学—绵羊肠道微生物群中的生长性能和肠道屏障功能

鹿明生物

2023.5.09

（点击图片查看多组学项目文章）

前言

本篇由甘肃农业大学雷赵民课题组在《Frontiers in Immunology》期刊发表的题为“ Oregano Essential Oils Mediated Intestinal Microbiota and Metabolites and Improved Growth Performance and Intestinal Barrier Function in Sheep”的研究成果，本研究采用16S rRNA基因测序和非靶向代谢组学方法揭示了肠道微生物群在绵羊生长性能改善方面的作用。并系统地探讨了牛至精油（OEO）和罗伊氏乳杆菌（LR）的肠道微生物代谢物对肠道健康的潜在调节作用。结果表明，OEO和LR均有较高的平均日增益（ADG）和较低的F/G比值。此外，OEO似乎也在空肠黏膜中产生了更大的淀粉酶活性和粘蛋白基因表达。

基本信息

中文标题：牛至精油调节绵羊肠道微生物群和代谢物，改善绵羊的生长性能和肠道屏障功能

发表期刊：Frontiers in Immunology

影响因子：8.7

作者单位：甘肃农业大学

涉及生物服务产品：16s rRNA测序，代谢组学

研究背景

肠道被认为是抵御食源性病原体的第一道防线，也是参与消化和营养物质吸收的主要器官。哺乳动物的肠道拥有庞大的微生物群，在维持肠道屏障、免疫功能和代谢变化方面发挥着作用。通过饮食调节来调控肠道微生物群及其代谢物可能是改善动物健康的一种潜在的有效途径。

莫能菌素（monensin，MON）是一种离子载体抗生素，具有调节瘤胃发酵和改善动物生产性能的潜力。然而，一些欧洲国家已经禁止使用抗生素饲料添加剂，因为它们已被证明会产生抗生素耐药性。

因此，研究精油、有机酸、益生菌和益生元等替代品至关重要。随着畜牧业对安全和可持续的促进生长的抗生素替代品的需求的增加，牛至精油（OEO）和罗伊氏乳杆菌（LR）已被研究为抗生素的替代品，以促进生长和改善动物健康和性能。然而，OEO和LR调节绵羊生长的机制尚不清楚。

研究思路

研究方法

研究对象：

1. 屠宰和样本收集

2. 血清补体、免疫球蛋白和细胞因子水平测定

3. 肠道形态及空肠杯状细胞数量计数

4. 回肠内容物中的消化酶活性测定

5. qRT-PCR

6. 回肠微生物区系的16S rRNA基因测序

7. 回肠内容物代谢组学

研究结果

1.生长性能和血清参数

通过与CON组相比，添加OEO和LR显著增加了ADG，并降低了观察到的饲料/增益（F/G）比值（P<0.001）（图1A、B）。血清免疫相关蛋白分析显示血清C3显著降低（P < 0.01），OEO显著降低IL-2和TNF-b浓度（P < 0.05），倾向于增加IgA（P = 0.076）和免疫球蛋白（P = 0.078）血清浓度，LR增强IgA浓度（P<0.01）（图1C、D）。这些结果表明，OEO可改善植物的生长性能，并可能发挥抗炎作用。

图1| OEO和LR对绵羊生长性能和血清参数的影响

2.肠形态、空肠杯状细胞数量和回肠内容物的消化酶活性

在膳食中添加OEO能够减轻空肠和回肠的绒毛破坏和严重的脱屑（图2A），LR组回肠VW值高于CON组（P < 0.05）。然而，空肠、回肠组的VH、CD、VH/CD各组间差异无统计学意义（P>0.05）（图2B）。与CON组相比，饲粮中加入OEO和MON组显著增加了空肠绒毛中杯状细胞的数量（P < 0.01）（图2C、D）。综上所述，补充OEO对肠道形态和消化酶活性都有好处。

图2| OEO和LR对绵羊空肠和回肠的肠形态的影响

3.空肠黏膜中紧密连接蛋白、粘蛋白和细胞因子的mRNA表达

在回肠中，LR组的脂肪酶活性显著降低（P < 0.01）,与CON组相比，OEO组的淀粉酶活性显著升高（P<0.01）（图3A）。为评估OEO对肠道屏障的影响，采用qRT-PCR方法检测结肠黏膜中紧密连接蛋白、粘蛋白和细胞因子的表达。与CON组相比，MON组OCLN（P < 0.01）和MUC2（P < 0.05）的mRNA表达增加，而CLDN1（P < 0.05）和TGF-b1（P < 0.01）的mRNA表达降低。

与CON组相比，补充OEO增加了MUC1、MUC2、MUC13和MUC20的mRNA表达（P < 0.01），但降低了核因子kappa B（NF-kB）p65（P < 0.01）、toll样受体4（TLR-4）（P<0.001）和IL-6（P < 0.05）的表达。LR组NF-kB p65（P = 0.092）和IL-6（P < 0.05）的mRNA表达量下降，与CON组相比，LR组MUC1、MUC2、MUC13和MUC20的mRNA表达量差异无统计学意义（图3B-I）。这些结果表明，OEO增强了黏膜屏障功能。

图3| OEO和LR对回肠内容物中消化酶活性的影响

4.利用16S rRNA基因测序分析回肠内容物中的微生物组成

为了进一步研究OEO是否会影响肠道菌群，我们通过16S rRNA基因测序分析回肠微生物群的组成。从36个样本中共获得1,965,934条V3-V4 16SrRNA有效序列，平均每个样本获得54,609条序列。α-多样性分析显示，试验组ACE和Chao1指数显著降低，MON组和LR组的Shannon指数显著降低。然而，LR组的Simpson指数显著升高（图4A）。采用二元汉明法绘制的PCoA图显示，各组间的微生物区系存在差异（ANOSIM，R=0.114，P=0.003）（图4B）。在门水平上，厚壁菌门、放线菌门和变形菌门是主要的细菌（图4C）。

在属水平上，优势属为龙属和龙属（图4D）。与CON组相比，MON组的norank_f_norank_o_糖菌相对丰度显著高于OEO组，肠球菌显著高于，LR组的norank_f_norank_o_和琥珀酸菌显著高于LR组（图4E）。

通过LEfSe分析，确定了试验组和CON组之间的不同年龄门水平的不同细菌（图4F），肠球菌的相对丰度与淀粉酶活性呈正相关（P < 0.05），脂肪酶活性与浊度杆菌（P < 0.01）和赖氏芽孢杆菌（P < 0.001）呈正相关（图4G）。

图4| 绵羊回肠的微生物多样性

5.回肠内容物的代谢物图谱

采用UPLC-MS/MS共检测到465种代谢物。OPLS-DA显示CON组和OEO组之间存在明显的分离（R2 X = 0.590，R2 Y = 0.996，Q2 = 0.567，图5A）。利用本项目中可变重要性的参数（VIP≥1.00和FC≥2或≤0.5）筛选出差异表达的代谢物(图5B、C）。

与CON组相比，接受OEO补充的绵羊主要表现出嘧啶代谢和色氨酸代谢的改变（图5D），而MON组对胆固醇代谢、初级胆汁酸生物合成、胆汁分泌和色氨酸代谢等4种代谢途径的影响更大。肠球菌与激肽酸呈负相关（R = -0.709，P = 0.035，图5E）。

图5| 回肠代谢物分析结果

研究结论

1、饲粮中添加牛至精油影响了肠道微生物群的组成和代谢物，促进了瘤胃球菌、双歧杆菌和肠球菌的富集，提高了添加-3-乙酸和添加乙醛的代谢物水平。

2、这些肠道菌群的变化可能有助于增加淀粉酶的活性，从而提高生长性能和肠道屏障功能。

文章推荐

本研究基于16S rRNA基因测序和非靶向代谢组学方法研究在绵羊的饲料中添加OEO或LR后产生的回肠微生物群和代谢物组分，从而发现OEO提高了绵羊的平均日增益（ADG）、回肠淀粉酶活性，改善了肠道屏障功能。应用16S rRNA基因的测序深入了解补充OEO后回肠结构和功能变化的可能的微生物原因。

最后，使用非靶向代谢组学方法鉴定回肠内容物的代谢物。总之，本研究阐明了OEO对绵羊肠道微生物群的补充机制，为OEO作为一种很有前途的饲料内生长促进抗生素的替代品的应用提供了支持。这些发现将为未来在改善小反刍动物物种的健康和生长促进方面的替代策略的应用提供见解。

小鹿推荐

扫码了解更多16s+代谢组学文章▼