天鹅及肉犊牛肠道微生物宏基因组学分析

来源 :河南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaocai
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肠道微生物与宿主健康有着密切的联系,并且可以通过粪便进入外界环境,随动物活动而散播,对环境卫生有着潜在影响。宏基因组学可以作为研究动物肠道微生物群落的方法,有助于全面了解动物肠道微生物对宿主和外界环境的影响。鸟类和家畜是人兽共患病原和耐药基因的移动储存库,给环境带来较大的污染压力。本研究通过搭建的宏基因组分析平台,揭示肠道微生物对迁徙大天鹅(Cygnus cygnus)、观赏黑天鹅(Cygnus atratus)和肉牛场犊牛健康和生存的重要意义,同时分析三种动物对公共卫生安全的影响,筛选其特有和共有的耐药基因和机会致病菌,为明确耐药基因和机会致病菌在自然界的分布提供数据支持。1.对采自三门峡越冬早期(10月~11月)、越冬中期(12月~次年1月)和越冬后期(2月~3月)的21份迁徙大天鹅样品和郑州7份观赏黑天鹅粪便样品进行宏基因组测序分析。结果表明,大天鹅与黑天鹅肠道核心微生物为厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门,具有丰富的代谢相关基因,对大天鹅与黑天鹅后肠食物发酵有重要意义。大天鹅与黑天鹅的部分肠道微生物相对丰度显著差异,在门水平上,拟杆菌门和疣微菌门在大天鹅中显著富集,放线菌门在黑天鹅中显著富集;在属水平上拟杆菌属和普雷沃菌属在大天鹅中显著富集。大天鹅与黑天鹅中分别检测到724和525种耐药基因,几乎对所有类型的抗生素具有抗性,其中四环素类和氟喹诺酮类耐药基因在两种天鹅中占比最高;同时检测到多种多粘菌素耐药基因,其中mcr-5基因在大天鹅和黑天鹅中广泛存在;共116个耐药基因在两种鸟类中显著差异。在大天鹅和黑天鹅中分别检测到276和299种机会致病菌和2种禽类传染病病毒(禽成髓细胞瘤病毒和禽白血病病毒),其中死亡梭杆菌、大肠杆菌和鲍氏不动杆菌丰度最高。大天鹅越冬过程中肠道微生物中共33个属相对丰度显著变化,约占大天鹅中该阶元所有微生物种类的1.4%。越冬后期大天鹅厚壁菌门和罗姆布茨菌属的显著富集有助于大天鹅肠道纤维素分解和脂肪积累。大天鹅越冬过程中体内耐药基因丰度减少,而耐药基因种类增多,但无统计学意义。2.对河南商丘某肉牛场采集到的4份血样腹泻犊牛、4份水样腹泻犊牛和7份健康犊牛新鲜粪便样品并进行宏基因组测序。结果显示,腹泻犊牛肠道微生物失调,血样腹泻犊牛肠道微生物丰富度和多样性显著下降,肠道微生物功能丰富度和多样性显著下降;水样腹泻犊牛肠道微生物丰富度显著高于血样腹泻犊牛低于健康犊牛,其肠道微生物多样性高于血样腹泻犊牛低于正常腹泻犊牛,但差异不显著。犊牛腹泻可能由病菌感染引起,血样腹泻犊牛、水样腹泻犊牛和健康犊牛中分别检测到147、275和320种病菌;死亡梭菌、大肠杆菌和猪链球菌在血样腹泻犊牛中相对丰度最高,同时费格森埃希菌、大肠杆菌、解没食子酸链球菌和嗜吞噬细胞无浆体显著富集;沙眼衣原体、脆弱拟杆菌和普通拟杆菌在水样腹泻犊牛中相对丰度最高,同时沙眼衣原体显著富集。犊牛中具有丰富的耐药基因,血样腹泻犊牛中共检测出199种耐药基因,其中β-内酰胺类耐药基因TEM-1丰度最高;水样腹泻犊牛和健康犊牛中分别检测出354和557种耐药基因,四环素类耐药基因tet Q丰度最高;血样腹泻犊牛中β-内酰胺类耐药基因TEM-1显著富集;水样腹泻犊牛中四环素类耐药基因tet Q和β-内酰胺类耐药基因Cfx A5显著富集;健康犊牛中四环素类耐药基因tet W/N/W显著富集。3.对大天鹅、黑天鹅和肉牛中的耐药基因和机会致病菌进行筛选,共309种耐药基因和234种机会致病菌同时在大天鹅、黑天鹅和肉牛中检出。共有的耐药基因中氨基糖苷类和四环素类耐药基因种类最多,特有的耐药基因中,头孢菌素-青霉烷耐药基因种类最多;共有的机会致病菌中死亡梭杆菌和大肠杆菌丰度最高。本研究中大天鹅、黑天鹅和肉牛具有较强的地理隔离,然而共同检测到多种耐药基因和机会致病菌,表明这些耐药基因和机会致病菌可能在自然界广泛分布,大天鹅、黑天鹅和肉牛中特有的耐药基因和机会致病菌所占比例较少,表明部分耐药基因和机会致病菌目前可能在特定的动物和区域中传播,然而其可能有广泛分布的潜力。本研究对21份迁徙大天鹅粪便样品、7份观赏黑天鹅粪便样品以及肉牛场采集到的4份血样腹泻犊牛、4份水样腹泻犊牛和7份健康犊牛粪便样品进行宏基因组测序分析,发现肠道微生物对大天鹅和黑天鹅后肠发酵有重要意义,厚壁菌门和罗姆布茨菌属的富集对越冬后期大天鹅北迁具有重要意义。犊牛腹泻与肠道微生物相关,腹泻犊牛肠道微生物失调并且犊牛腹泻可能与病原菌的增殖有关。共检测到2种禽病毒和1种人兽共患病病毒,其中禽成髓细胞瘤病毒在大天鹅中检出较多,禽白血病病毒在黑天鹅中检出较多,口疮病毒在肉犊牛中广泛分布。大天鹅、黑天鹅和肉牛中分别检测到724种、525种和599种耐药基因以及276种、299种和331种机会致病菌,共309种耐药基因和234种机会致病菌为三种动物所共有。本研究揭示了肠道微生物对大天鹅、黑天鹅和犊牛健康和生存的重要意义,并筛选可能引起犊牛腹泻的原因;同时阐述了大天鹅、黑天鹅和肉牛对公共卫生安全的潜在影响,评估耐药基因和机会致病菌在动物体内的分布情况。本研究具有一定创新性,为天鹅种群管理和肉牛生产以及维护公共卫生安全提供参考。
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