鸡肠道微生物的影响因素及其生理功能研究进展论文

2024-05-07 13:57:06 来源:SCI论文网 作者:xuling
摘要:随着测序技术发展及测序成本的下降,认清鸡肠道微生物组学的前沿与发展趋势,探索其作用的影响机制,这对未来利用肠道微生物提高饲养效率、改善肠道健康和绿色发展具有重要意义。该文以鸡为研究主体,对其肠道结构及微生物的分布规律、影响肠道菌群的因素及其所发挥的生理功能进行综述,同时对未来发展方向及思路提出建议与展望。以期为规模化生产中设计日粮配方、改善肠道健康和提高生产性能等提供理论依据。
摘要:随着测序技术发展及测序成本的下降,认清鸡肠道微生物组学的前沿与发展趋势,探索其作用的影响机制,这对未来利用肠道微生物提高饲养效率、改善肠道健康和绿色发展具有重要意义。该文以鸡为研究主体,对其肠道结构及微生物的分布规律、影响肠道菌群的因素及其所发挥的生理功能进行综述,同时对未来发展方向及思路提出建议与展望。以期为规模化生产中设计日粮配方、改善肠道健康和提高生产性能等提供理论依据。
关键词:鸡,肠道微生物,定植
Research Progress on the Influencing Factors and Physiological Functions of Chicken Gut Microbiota
YANG Yuanqing1,QIU Xian1,WANG Bo2*
(1.Animal Husbandry Station of Bijie,Guizhou Province,Bijie Guizhou 551700,China;2.Bijie Institute of Animal Science and Veterinary Science,Bijie Guizhou 551700,China)
Abstract:With the development of sequencing technology and the decrease of sequencing cost,it is greatly significant that to recognize the frontier and development trend of chicken gut microbiome and to explore the influencing mechanism,which is of great significance to improve feeding efficiency,intestinal health and green development by using intestinal microbiome in the future. Therefore,this article focused on chickens as the research subject,studying their intestinal structure and distribution patterns of microorganisms,factors affecting intestinal microbiota and their physiological functions.At the same time,suggestions and prospects for future development directions and ideas were proposed.In order to provide theoretical basis for designing dietary formulation,improving intestinal health and improving production performance in large-scale production.
Keywords:chicken,gut microbes,colonized,influencing factors,physiological functions
0引言
鸡肠道微生物区系是一个复杂且庞大的系统,包括消化道中的细菌、真菌、病毒和原生动物等,这些菌群定植于不同的肠段,具有丰富的多样性[1]。它们通过代谢产物、组成成分变化和相互作用等方式调控鸡的生长发育、增强宿主免疫和调节脂肪沉积等[2-4]。据研究,如果肠道菌群失衡,会引发炎症或免疫功能低下等一系列的肠道疾病[5],由此可见,维持肠道微生物的稳态是极其重要的。通过对鸡肠道菌群的研究,将丰富和发展鸡肠道菌群-菌群和菌群-宿主相互作用的理论体系,对于推动我国畜禽业的健康养殖、降本增效、实现养殖业的可持续发展等多方面具有重要意义。本文以鸡为研究对象,从肠道微生物分布状况、影响肠道微生物的因素及其生理功能3个方面对相关研究进展进行综述,并对未来发展趋势和研究方向进行展望,以期为鸡肠道菌群的深入研究提供一定的理论依据。
1鸡肠道微生物的分布状况
鸡的消化系统包括嗉囊、腺胃、肌胃、小肠、盲肠、结肠、泄殖腔等[6],相比于家畜而言,鸡肠道较短,这也形成了自身肠道菌群特点,肠道菌群数量从小肠到大肠依次增加,盲肠菌群含量最高,多样性最丰富,这与家畜动物存在一定的相似性。鸡肠道菌群在门水平上,以厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinomyces)等为优势类群。厚壁菌门主要以瘤胃菌科、乳酸菌科、丹毒菌科、梭菌科和韦荣菌科等科水平菌属存在[7],厚壁菌门能选择性地分解寡糖,或将诸如乳酸、乙酸等代谢副产品转化为丁酸[8]。拟杆菌门常分类为卟啉科、理菌科、拟杆菌科、普雷沃菌科等。拟杆菌门具有很高的与寄主互作的能力,能有效降解多糖,并且能够产生乙酸、丙酸和丁二酸[9]。对鸡肠道菌群的起源,存在2种假说:一种是从胚胎发育初期开始,即在胚胎发育过程中,肠道微生物主要来自于饲料;另一种假说则认为,菌群起源于出壳之前的胚胎期,且已有研究表明,在胚蛋和输卵管中都有微生物的存在[10]。目前,这2个假说仍有争论,就现有研究水平及技术手段而言,两者的正确性尚不能得到验证。
2影响肠道微生物的因素
2.1性别
家禽生产中,具有相同遗传背景的公鸡和母鸡生长性能具有显著差异,之前的研究往往忽视了性别因素对肠道微生物的影响[11]。较多研究发现性别也是影响个体肠道菌群结构的因素之一[12-14],性别差异会造成激素与微生物的相互作用和特异性免疫反应的发生,从而调节肠道菌群结构[15]。研究表明,类固醇类激素能够对肠道微生物群落构成产生直接的影响[16],另外,林俊等发现在饲养条件一致的情况下,性别对鸡的多样性和丰度会产生显著或极显著的影响,进而影响宿主性状[17]。
2.2遗传条件
在相同的日龄、饲养环境条件下,宿主的遗传条件也会造成肠道菌群的差异[18]。研究表明,在长期的体重筛选过程中,宿主基因会对肠道菌群结构及丰度产生影响,并发现宿主的遗传背景与肉鸡肠道菌群结构及丰度之间存在明显的关联,且具有一定的遗传力[19]。对瘦肉型与脂肪型肉鸡肠道微生物优势群落结构进行对比,发现二者在数量上存在显著差异[20]。
2.3生长日龄
肉鸡肠道微生物的组成随着宿主的日龄变化而有所差异。研究发现,各日龄肉仔鸡肠道菌群结构存在一定的差异,其中回肠部分差异最大,且随日龄增长逐渐趋于稳定。从3日龄到14日龄,肉鸡肠道中的变形菌门从54.7%下降到4.2%,3日龄以后,细菌数目开始增加,到14日龄时,梭状芽孢杆菌和乳杆菌的数目达到高峰,而在19日龄时,弯曲杆菌的数目达到最大值,而肠杆菌科的数目则下降到了10%。
2.4环境因素
研究发现,在热应激条件下,厌氧菌、乳杆菌、厚壁菌、蛋白菌等细菌的数量显著增加,而拟杆菌、蓝藻、肠杆菌等的含量降低。新老垫料上的细菌种类存在明显差异,且反复使用能提高鸡体内的耐碱菌及产丁酸的能力,并能提高鸡体内的耐碱菌和产丁酸的比例,雏鸡有采食垫料的习惯,其肠道定植有抗性低。综上,环境条件是影响鸡肠道菌群结构的一大因素。
2.5抗生素
为治理保护动物源性食品安全和公共卫生安全,遏制动物源细菌耐药等问题,2020年,农业农村部发布了饲料“禁抗”令,明确了严禁使用含促生类药物饲料添加剂。抗生素在防治疾病、调节肠道菌群结构等方面发挥重要作用,但同时也影响了菌群多样性。阿维霉素可导致肉鸡肠道菌群结构发生改变,并影响魏斯氏菌、粪肠球菌、屎肠球菌和嗜酸片球等细菌的粘附。研究发现,肉鸡肠道中存在抗性基因,在饲料及粪便中检出,同时,肉鸡噬菌体抗性基因发生率比例明显高于蛋鸡,表明传播耐药性的问题不可忽视。
3肠道微生物的生理功能
3.1肠道微生物与生长发育
家禽的生长发育受到多因素影响,如品种、性别、日粮和环境等,肠道微生物与家禽的生长发育也密切相关,因为其直接或间接地与家禽所有机体系统相互作用。研究发现,日粮中添加薄荷油后,肉鸡肠道内的乳酸菌增多,并能抑制葡萄球菌、大肠杆菌、肠球菌、沙门菌等细菌的生长,而添加乳酸菌则能显著提高肉鸡的日增重。研究表明,盲肠中假单胞菌、微杆菌和Slackia等微生物能够调控肝脏、腹部、胸肌、腿部等部位的脂肪代谢,进而对肉鸡的生长发育产生重要作用。肠道微生物群落结构差异对肠道发育有重要影响。在日粮中适当添加壳寡糖可以促进肉鸡的生长发育,改善肉鸡的肠道组织形态,增加盲肠菌群中乳杆菌的数量,减少其相对丰度。
3.2肠道微生物与宿主免疫
肠粘膜层、上皮细胞、共生菌和免疫细胞构成肠粘膜的免疫系统。家禽肠道菌群结构复杂,数量庞大,在肠道中与宿主相互作用,通过肠内分泌参与肠道免疫等,进而影响肠道健康。微生物是一种与宿主共生的群体,主要包括病菌、细菌和真菌,大部分都是细菌。研究发现,复方中药具有促进天麻鸭生长发育、增强机体免疫力、增强抗氧化能力、改善肠道微生物群落等作用。饲粮中添加连翘叶微生态制剂会增加免疫球蛋白A、免疫球蛋白G、胸腺指数、脾脏指数和法氏囊指数的含量,提高肉鸡生长性能,增强机体抗氧化能力和免疫功能。肠道微生物的改变会对免疫系统产生不可替代的影响。
3.3肠道微生物与脂肪沉积
家禽的脂肪沉积是当前研究的普遍问题,因为它不仅降低饲料效率和可食用胴体的产量还导致消费者的不满,尽管脂肪沉积这个性状的遗传力很高,但是其进展依然缓慢。想改变此经济性状,除了通过选择和育种,还可使用调节肠道菌群的办法改变脂肪沉积,中国农大杨宁教授团队首次提出“肠菌力”的概念,使用建模的方法评估肠道微生物在脂肪沉积中的作用。已有研究证实,肠道菌群可调节机体脂质代谢,进而影响机体脂质沉积。肉鸡十二指肠、盲肠区段的微生物群落结构对其脂肪沉积具有重要作用,但其在盲肠的甲酸杆菌(Methano bacterium)和马氏沼虾(M.schaedleri)的丰度与腹脂沉积分别呈正、负相关,从而通过调控肠道微生物来影响肉鸡的脂肪沉积。在此基础上,在肉鸡小肠组织中检测到了不同肠型对肉鸡小肠脂肪代谢的调控作用,其中Ochrobactrum(19.4%)与Rhodococcus(14.7%)肠型中甘油三酯及皮下、腹部脂肪含量均较高,提示其肠道菌群以多糖的分解利用为主。
4总结与展望
肠道微生物的研究可总结为几个核心问题。①家禽内各个肠段存在哪些微生物,并且它们之间存在哪些联系,是如何进行相互作用的?②肠道微生物与宿主的相互作用,是通过何种方式或途径去影响宿主的,对宿主有哪些影响?比如生长发育、免疫调节和脂肪沉积等。肠道微生物是一个复杂而庞大的系统,我国畜禽肠道微生物组学已进入快速发展阶段,也是深入开展畜禽肠道微生物组学研究的关键时期。因此,加强对畜禽肠道菌群的研究,发展新的肠道菌群调节方法,对于解决肉鸡生产中存在的替抗、饲料转化率、疾病以及新型饲料原料的高效利用等问题,具有重要的理论意义和应用价值。
参考文献
[1]黄强,文超良,孙从佼,等.鸡肠道微生物组成及其影响因素[J].中国家禽,2021,43(8):96-105.
[2]Goodarzi B F,Vahjen W,Manner K,et al.Bacillus subtilis in broiler diets with different levels of energy and protein[J].Poult Sci,2018,97(11):3 967-3 976.
[3]Kogut M H,Lee A,Santin E.Microbiome and pathogen interaction with the immune system[J].Poult Sci,2020,99(4):1 906-1 913.
[4]Wang S Z,Yu Y J,Adeli K.Role of Gut Microbiota in Neuroendocrine Regulation of Carbohydrate and Lipid Metabolism via the Microbiota-Gut-Brain-Liver Axis[J]. Microorganisms,2020,8(4):8 040 527.
[5]Awad W A,Hess C,Hess M.Re-thinking the chicken-Campylobacter jejuni interaction:a review[J].Avian Pathol,2018,4(4):352-363.
[6]Kogut M H,Lee A,Santin E.Microbiome and pathogen interaction with the immune system[J].Poult Sci,2020,99(4):1 906-1 913.
[7]Rychlik I.Composition and Function of Chicken Gut Microbiota[J].Animals(Basel),2020,10(1):103.
[8]Kollarcikova M,Faldynova M,Matiasovicova J,et al.Different Bacteroides Species Colonise Human and Chicken Intestinal Tract[J].Microorganisms,2020,8(10):1 483.
[9]Polansky O,Sekelova Z,Faldynova M,et al.Important Metabolic Pathways and Biological Processes Expressed by Chicken Cecal Microbiota[J].Appl Environ Microbiol,2015,82(5):1 569-1 576.
[10]Ding J,Dai R,Yang L,et al.Inheritance and Establishment of Gut Microbiota in Chickens[J].Front Microbiol,2017,8:1 967.
[11]Kovacs A,Ben-Jacob N,Tayem H,et al.Genotype is a stronger determinant than sex of the mouse gut microbiota[J].Microb Ecol,2011,61(2):423-428.
[12]Mendelsohn M E,Karas R H.Molecular and cellular basis of cardiovascular gender differences[J].Science,2005,308(5 728):1 583-1 587.
[13]van Nas A,Guhathakurta D,Wang S S,et al.Elucidating the role of gonadal hormones in sexually dimorphic gene coexpression networks[J].Endocrinology,2009,150(3):1 235-1 249.
[14]Org E,Mehrabian M,Parks B W,et al.Sex differences and hormonal effects on gut microbiota composition in mice[J].Gut Microbes,2016,7(4):313-322.
[15]Bolnick D I,Snowberg L K,Hirsch P E,et al.Individual diet has sex-dependent effects on vertebrate gut microbiota[J].Nat Commun,2014,5:4 500.
[16]Tetel M J,de Vries G J,Melcangi R C,et al.Steroids,stress and the gut microbiome-brain axis[J].J Neuroendocrinol,2018,30(2):e12 548.
[17]林俊,赵英光.性别对家禽粪便微生物多样性及功能的影响[J].安徽农业科学,2020,48(3):85-88.
[18]王明宇,孙敬春,赵昕,等.宿主遗传背景与肠道微生物互作研究进展[J].微生物学报,2024,64(1):76-97.
[19]Meng H,Zhang Y,Zhao L,et al.Body weight selection affects quantitative genetic correlated responses in gut microbiota[J].PLoS One,2014,9(3):e89 862.
[20]Hou Q,Kwok L Y,Zheng Y,et al.Differential fecal microbiota are retained in broiler chicken lines divergently selected for fatness traits[J].Sci Rep,2016,6:37 376.
