多组学探究粪菌移植对断奶后腹泻仔猪的影响

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早期断奶易引发仔猪腹泻,众多研究发现不同病因引发的仔猪腹泻均出现肠道菌群失衡的现象。粪菌移植作为靶向重构宿主肠道菌群的方法似乎对治疗相关肠道疾病、缓解腹泻症状有一定效果。本研究以体重、健康状况相近的21 d早期断奶太湖仔猪为试验动物,设置了健康组、腹泻对照组和粪菌移植组,66 d试验结束。统计试验期间仔猪的腹泻和死亡情况;对3个组仔猪21 d、34 d、38 d和66 d时的粪便微生物进行16S r RNA测序,分析仔猪肠道菌群的变化;利用非靶向代谢组学技术分析各组仔猪34 d时粪便代谢组的特征;并对66 d时仔猪的空肠、结肠、肝脏、脾脏和口腔粘膜组织进行转录组比较分析;利用RT-PCR测定肠屏障相关基因(TLR、MUC)的相对表达量情况。旨在探究粪菌移植对断奶后腹泻仔猪肠道菌群、代谢组以及空肠、结肠、肝脏、脾脏和口腔粘膜转录组的影响,进而评估粪菌移植对断奶仔猪腹泻的治疗潜能。主要研究结果如下:(1)粪菌移植能够部分缓解仔猪的腹泻症状,降低腹泻死亡率。28-65 d时与腹泻对照组相比,粪菌移植组仔猪的腹泻率、腹泻指数和死亡率均有降低的趋势(P>0.05)。(2)粪菌移植能够部分恢复腹泻仔猪肠道菌群多样性和组成,显著增加有益菌的相对丰度。在34 d和38 d时,粪菌移植组与健康组和腹泻对照组的Alpha多样性均无显著差异(P>0.05),但粪菌移植组与健康组的Beta多样性更相似;在66 d时,3组间的菌群多样性无显著差异(P>0.05)。在菌群组成上,粪菌移植显著增加了螺旋菌门(34 d)和考拉杆菌属(66 d)等有益菌的相对丰度(P<0.05)。此外,链球菌属(38 d)和未分类普雷沃氏菌科(66 d)等是腹泻对照组的生物标志,可能是引起仔猪腹泻的关键致病菌;考拉杆菌属(66 d)等是粪菌移植组的生物标志,可能是与粪菌干预相关的关键微生物;螺旋菌门(34 d和66 d)和毛螺菌科(34 d)等是健康组的生物标志,可能与维持仔猪肠道健康状态相关。(3)粪菌移植显著改善了腹泻仔猪粪便中脂类和类脂分子代谢物及鞘脂代谢等通路的异常。34 d时,健康组、粪菌移植组和腹泻对照组组间显著差异代谢物主要是脂类和类脂分子。腹泻对照组与健康组间的差异代谢物和腹泻对照组与粪菌移植组间的差异代谢物均显著富集在细胞凋亡、鞘脂类代谢和谷胱甘肽代谢等通路上(FDR<0.05);粪菌移植组与健康组间的差异代谢物显著富集的通路只有色氨酸代谢通路(FDR<0.05)。(4)粪菌移植从转录水平显著影响了腹泻仔猪结肠和肝脏中的PPAR信号通路、AMPK通路(P<0.05),显著影响了腹泻仔猪空肠和结肠中亚油酸代谢通路以及空肠中的B细胞受体信号通路(P<0.05);同时,粪菌移植显著上调了空肠和结肠中ELL3和PAX5的表达及显著下调了CHAC1的表达(FDR<0.05),并显著增加了结肠中MUC2的相对表达水平(P<0.05),推测粪菌移植对维持腹泻仔猪脂质代谢稳态,改善免疫和肠屏障功能有重要作用。总之,断奶后腹泻严重影响仔猪的存活率,而粪菌移植有助于扭转腹泻仔猪肠道菌群失衡和代谢紊乱,改善免疫和肠屏障功能,降低断奶后腹泻对仔猪的危害性。
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