畜禽的饲料转化效率是衡量生长性状的一个重要指标,在很大程度上影响养殖效益。猪的饲料转化效率与肠道的健康和生理状况密切相关,肠道的健康状态受到寄居在肠道内的大量的微生物的影响,同时宿主的饮食及遗传背景等因素又影响着肠道微生物的群落结构,肠道微生物与宿主之间存在着复杂而密切的互作关系。本研究通过微生物宏基因组学和转录组学技术探讨猪饲料效率与肠道微生物群落及肠道黏膜基因表达的关系。饲养于相同环境的育肥期长白猪根据饲料转化效率的差异进行分组,进行粪便和肠道各段(十二指肠、空肠、回肠、盲肠、结肠、直肠)食糜样品的16S rDNA序列V3+V4区高通量测序。结果显示育肥阶段,高低饲料效率长白猪的粪便优势菌门都为Firmicutes,Bacteroidetes,Spirochaetes和Proteobacteria,共同占比超过95%。菌属水平上,发现多个菌属在两组比较中存在差异,例如Prevotella在低组显著富集,而Treponema,Lactobacillu 等在高组相对丰度更高。小肠段(十二指肠、空肠、回肠)和大肠段(盲肠、结肠、直肠)及粪便样本在微生物聚类上可以分为两大类。高低饲料效率组在各段肠道的比较中,差异菌属各有不同,可以通过生物标记物(差异菌属)进行区分。盲肠和结肠食糜分别进行宏基因组de novo测序分析。两段肠道高低饲料效率组的差异微生物都主要参与碳水化合物代谢,并可能影响到宿主的生长状况。饲料效率高组的盲肠和结肠中都含有更多的益生菌,例如Lactobacillus中的一些菌种等。饲料效率低组都富集到更高比例的Prevotella。功能注释结果显示盲肠位置高低饲料效率组差异的通路主要是与丙酮酸相关代谢途径,影响宿主对能量的吸收。结肠微生物的差异通路中有多个与辅酶因子和维生素代谢相关。盲肠和结肠位置的黏膜组织分别进行RNA-seq。得到138(高低组盲肠黏膜比较),64(高低组结肠粘膜比较)和165(盲肠黏膜和结肠黏膜比较)差异表达基因。功能注释结果显示,高低组比较中上调的基因与小肠的淀粉损失、一些核苷酸和药物代谢相关,参与短链脂肪酸代谢、胃肠蠕动以及生物转化。下调的基因主要参与免疫和疾病相关代谢。初步筛选与饲料效率性状相关候选基因,例如 GUCA2A、GUCA2B、HSP70.2、NOS2、PCK1、SLCs 和 CYPs 等。相关性分析发现与差异菌显著相关的差异表达基因,如S100G,TMEM200A等。除Prevotella外,上调的基因与相关微生物呈正相关,下调的基因与相关微生物负相关。本研究证实饲料效率差异条件下,相同猪种的粪便及肠道各段微生物存在差异,并且差异的微生物各有不同。利用宏基因分析分别揭示高低饲料效率组盲肠和结肠位置的微生物在生物学功能上的差异性。通过对应位置的差异表达基因分析,发现肠道黏膜存在少量与营养代谢相关的基因受到微生物结构差异的影响出现差异。另外,差异表达基因与差异的微生物存在显著的相关性。由于本研究中只使用了 4对个体作为样本,研究结果最好能够未来在更大的猪群中进行验证。