多组学联合分析鸡盲肠对肠炎沙门氏菌感染的转录和微生物调控作用

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沙门氏菌病(Salmonellosis)是一种人畜共患病,由沙门氏菌属(Salmonella)的细菌引起,严重危害畜牧养殖和公共卫生安全。我国畜禽种质资源丰富,各地方品种具有独特的抗病基因和调控机制。为分析地方鸡种对沙门氏菌感染的遗传抗性,并为抗病遗传育种提供理论基础,本研究利用广西瑶鸡和济宁百日鸡的正反交系,在2日龄灌服接种浓度为1×10~8cfu/m L的肠炎沙门氏菌(Salmonella Enteritidis)菌液0.3 m L,并对攻毒后第3天的盲肠组织转录组、盲肠内容物微生物组和代谢组进行联合分析,主要结果如下:1.鸡盲肠组织对肠炎沙门氏菌感染具有特异的转录调控作用在攻毒后第3天,鸡盲肠组织3.06%的m RNA种类发生显著变化(|log2FC|>1,Padj<0.05),其中394个上调,131个下调;0.62%的mi RNA种类发生显著变化(|log2FC|>0.678,Padj<0.05),其中8个上调,5个下调。对525个差异表达基因进行基因本体(Gene Ontology,GO)富集分析后发现,显著性水平最高的三个生物学过程是先天免疫反应(Innate immune response)(P=1.10E-17)、炎症反应(Inflammatory response)(P=3.65E-15)和免疫反应(Immune response)(P=1.60E-12),分别含有36个、30个和24个基因。除免疫反应条目下的两个基因下调外,其他两个条目下的基因全部上调,另外发现,ACOD1、TNIP3和IL-10三个具有抗炎作用的基因在攻毒组急剧升高。2.鸡mi R-146b-5p及其异构体通过靶向泛素特异性蛋白酶3基因(USP3)调控对肠炎沙门氏菌感染的反应感染肠炎沙门氏菌(S.Enteritidis)后,mi R-146b-5p部分异构体显著上调(|log2FC|>1,Padj<0.05)。双荧光素酶实验证实,mi R-146b-5p注释体和它的3’+UU类型异构体均能在鸡成纤维细胞系(DF-1)靶向USP3并抑制其表达,且异构体具有更强的抑制作用(P=0.018)。3.鸡盲肠微生物对肠炎沙门氏菌感染具有特异的调控作用攻毒后,厚壁菌门在攻毒组显著升高(从66.91%升至76.17%,P=0.041),而变形菌门显著降低(从32.80%降至23.64%,P=0.044),两菌门呈此起彼伏态势。变形菌门的降低几乎全部由肠杆菌科埃希氏/志贺氏属(Escherichia/Shigella)引起(从30.32%降至18.75%,P=0.005)。厚壁菌门多个属包括阴性杆菌属(Negativibacillus)、解黄酮菌属(Flavonifractor)、梭菌属(Clostridium)以及毛螺菌科两个未定属的微生物种类在炎症反应条件下快速生长。4.肠道微生物通过促进苯丙素类物质的产生稳定鸡肠道内环境通过多组学比较发现,正交鸡和反交鸡两个盲肠内容物代谢组在受到肠炎沙门氏菌(S.Enteritidis)侵袭时的表现不同:正交鸡代谢组的变异程度明显小于反交鸡,且部分苯丙素类代谢物在正交鸡盲肠内容物中异常升高。苯丙素类物质在盲肠内的变化主要由微生物群落引起并与12种微生物具有显著的正相关关系。综上所述,2日龄雏鸡摄入肠炎沙门氏菌(S.Enteritidis)后能够在转录层面启动以炎症反应为主的先天免疫反应,并在攻毒后第3天加强对炎症反应的控制,促进机体向耐受阶段转变。部分肠道共生菌在沙门氏菌入侵过程中增殖,并通过促进苯丙素类等次生代谢产物的产生形成与宿主的共生关系以及对致病菌的抗性,有助于维护肠道稳态。我们的研究结果有助于理解宿主、微生物群落和肠炎沙门氏菌三者之间的互作关系,为进一步挖掘潜在的调控机制提供参考。
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