生殖道、消化道菌群与宿主基因组对绿壳蛋鸡产蛋量影响的联合分析研究

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动物拥有广泛而复杂的微生物群,其在营养吸收、抗病、环境适应、健康、生理和生产性能方面起着至关重要的作用。虽然有明确的证据表明肠道微生物群对肉鸡宿主表型有影响,但蛋鸡生殖道、消化道的微生物与其产蛋量的关联性目前还没有相关研究报道,并且宿主基因组对生殖道和消化道微生物群的影响尚不清楚。本研究以128只地方品种绿壳蛋鸡的血液、生殖道(阴道、子宫部和峡部)和消化道(嗉囊、肌胃和小肠)作为研究对象,对其六个部位的微生物进行16S rRNA测序,深入了解鸡生殖道和消化道的不同部位微生物的特征,并对宿主基因组进行全基因组重测序,建立宿主基因组与生殖道、消化道微生物多样性之间的关系,鉴定出与300日龄产蛋量(EN300)相关的关键微生物,并进一步结合高、低产蛋量鸡子宫部相关的差异表达基因所涉及的生物过程,全面解析造成蛋鸡产蛋量差异的原因。主要研究结果如下:1.16S rRNA测序结果发现,鸡生殖道和消化道的微生物在门水平以厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)为主,占所有微生物的71.45%~97.86%;在科水平,乳酸杆菌科(Lactobacillaceae)和unidentified Chloroplast在三个消化道部位中占主导地位;在属水平,乳酸杆菌(Lactobacillus)在生殖道和消化道六个部位相对丰度为7.24%~73.74%,峡部和子宫部具有相似的菌群组成;鸡生殖道比消化道表现出更高的α多样性,特别是上生殖道(子宫部和峡部)。此外,鸡生殖道与消化道之间发现了高度区分的微生物群落;2.我们使用PICRUSt2进行生殖道和消化道部位的微生物功能预测,六个部位的top 50的KEGG通路所得并集总共有65条通路。其中与三个消化道部位和阴道相比,峡部和子宫部在“细菌分泌系统(bacterial secretion system)”通路明显富集。并且与峡部和子宫部相关的biomarkers(典型的属Bacteroides)的丰度都高于其他四个部位;3.通过估计宿主遗传相似性矩阵和微生物关系矩阵之间的相关性,我们发现宿主基因组对鸡生殖道和消化道微生物群落影响有限。经校正宿主遗传效应后,生殖道和消化道微生物区系对300日龄产蛋量有显著影响(方差占52.31%~98.86%);其中,生殖道中子宫部和峡部微生物区系在300日龄产蛋量的方差最大,分别为93.59%和98.86%;4.我们鉴定到4种与宿主免疫相关的生殖道微生物,即Bacteroides fragilis、Bacteroides salanitronis、Bacteroides barnesiae和Clostridium leptum,它们与300日龄产蛋量呈显著正相关,并且这些微生物丰度较低的鸡的300日龄产蛋量显著低于这些微生物丰度较高的鸡(37.13 vs.113.75个);300日龄高、低产蛋量鸡的子宫部1,051个差异基因进行功能富集,其也主要在涉及炎症反应相关生物学过程的“参与免疫反应的淋巴细胞活化(lymphocyte activation involved in immune response)”和“慢性炎症反应(chronic inflammatory response)”等调控通路中。综上所述,通过16S rRNA测序、宿主全基因组重测序及转录组测序的联合分析,本研究发现鸡的生殖道比消化道微生物群对300日龄产蛋量的影响更大,而宿主基因组对其微生物组成的影响微弱,所鉴定的生殖道候选菌群可以抑制炎症反应,从而有利于产蛋。这些研究结果有助于扩展对鸟类生殖道和消化道微生物群对产蛋量经济性状重要影响性的理解,并为蛋鸡生产中产蛋量的提高提供有效策略和方向。
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