近日，明科生物（杭州）与浙江省农业科学院和浙江农林大学合作，在《FrontiersinVeterinaryScience》上发表文章，利用高通量测序技术对番鸭盲肠内容物样本进行16SrRNA基因V4-V5区测序，并进行微生物群落多样性分析，以探究盲肠微生物菌群对番鸭脂肪沉积的调节作用。
研究背景
番鸭是营养价值高的优质肉鸭，富含不饱和脂肪酸、多种氨基酸、维生素E、维生素B以及铁、铜、锌等微量元素。然而，现代化的饲养条件易引起番鸭生长发育和代谢紊乱，在家禽行业，全世界每年约有万吨腹部脂肪被丢弃，造成27亿美元的损失。此外，出于健康考虑，人们有意识地限制脂类的摄入，消费者会选择肌肉含量高的鸭肉，而不是腹部脂肪，腹部脂肪沉积过多是对食物能量的浪费。与人类和其他农场动物类似，鸭的胃肠道中蕴藏着数万亿的共生微生物，它们可促进食物中营养和能量的消化和吸收，已有研究表明脂肪积累的变化与盲肠微生物群有关，肠道微生物群在脂肪代谢中起着至关重要的作用。因此，需要进一步了解肠道微生物菌群，通过调节肠道微生物群来控制腹部脂肪沉积，而有关番鸭肠道微生物群的组成，人们知之甚少。
研究思路
肠道微生物菌群在宿主的生理发育和脂肪沉积中起着重要作用。然而，肠道微生物群与番鸭脂型之间的关系仍不清楚。在本文中，作者研究了成年番鸭的盲肠微生物菌群及其与脂肪表型的相关性，具体如下：1）番鸭饲养70d后，从只中随机选取只称重，记录体重（BW）、全净膛重（EW）、腹部脂肪组织重量（AFW）、采集盲肠内容物、计算腹部脂肪百分比（AFP），并选取AFP最高和最低的80只番鸭分别作为高、低组。2）提取番鸭盲肠内容物DNA进行16SrRNA基因测序，对数据进行α多样性分析、β多样性分析、随机森林分析以及统计分析。
研究结果
1.1番鸭盲肠微生物群的组成
为研究盲肠微生物菌群在脂肪沉积中的作用，作者首先对番鸭盲肠微生物群的组成进行了研究。结果表明，在门水平上，拟杆菌门、厚壁菌门、梭杆菌门、蓝藻门、变形菌门及脱铁杆菌门是盲肠内容物中排名前6位的门，占总丰度的96.78%(图1)，拟杆菌属和Parabacteroides是番鸭盲肠中数量最多的两个属(图1)。之前的研究也表明，拟杆菌门和厚壁菌门是大多数动物的优势门，且这两个门也是绍兴鸭盲肠中最丰富的门。
1.2鸭的表型特征
为了明确与脂肪积累相关的不同表型，作者对BW、AFW和AFP三个表型进行了相关分析。AFW和AFP具有较高的表型相关性(R2=0.92,P0.，图2A)。BW与AFW的相关性R2为0.37，BW与AFP的相关性R2为0.16。为了分析AFW和AFP之间的相关性，作者比较了排名前20%和排名后20%的鸭子的AFW和AFP，AFW和AFP之间有很高的相关性（图2B）。因此，将AFP最高和最低的20%鸭子分别设为高、低组。如图2所示，所有AFP、AFW和BW值在AFP最高和最低20%番鸭之间均存在极显著差异，说明AFP与AFW和BW存在相关性。为了可视化组间的差异，采用AFP对特征结果进行排序，将最高的20%和最低的20%分别设置为高、低组，与预期一样，AFP有显著差异（P0.），高、低组鸭的AFW有显著差异（p0.，图3）。
1.3盲肠微生物群多样性、组成和潜在功能的差异
为进一步探讨高、低组番鸭α-多样性和微生物组成的差异，作者比较了高、低组番鸭盲肠中α-多样性和细菌组成。盲肠菌群α-多样性通过Shannon指数(图4A)、Simpson指数(图4B)和Chao指数(图4C)测定，总体而言，高、低组之间α-多样性差异不显著（P0.05），说明高、低组鸭盲肠微生物丰富度差异不显著。其次，分析了高、低组鸭盲肠微生物组成，高、低组鸭盲肠内容物前6种门与只鸭相同，分别为拟杆菌门、厚壁菌门、梭杆菌门、蓝藻门、变形菌门、及脱铁杆菌门，但相对丰度不同(图5)。高组鸭盲肠中厚壁菌门的丰度较高，而拟杆菌门的丰度较低。在属水平上，拟杆菌属和Parabacteroides等是这两组鸭子的优势属(图5)，但拟杆菌门的相对丰度在低组鸭中高于高组鸭，其他属在高群和低群鸭中所占比例相似。
1.4Ruminococcus_torques_group和密螺旋体属与脂肪沉积显著相关
已有研究表明腹部脂肪的积累与肠道微生物群有关，通过随机森林分析进一步研究了哪些特定的细菌与腹部脂肪积累有关。腹部脂肪沉积的十大细菌特征如图6所示，在与AFW相关和与AFP相关的前10大特征中，共同特征为Treponema、Butyricicoccus、Faecalicoccus、Angelakisella及Ruminococcus_torques_group。将P值调整为P0.05后，以密螺旋体属和Ruminococcus_torques_group为研究对象，进一步研究这两个属对番鸭腹部脂肪沉积的影响。根据密螺旋体属和Ruminococcus_torques_group两属的相对丰度进行了分类，选取密螺旋体属丰度最高和最低的40只鸭进行AFW、AFP和BW的比较，对Ruminococcus_torques_group也进行了相同的分析。如图7所示，密螺旋体属和Ruminococcus_torques_group的丰度与AFW显著相关(P0.05)。此外，密螺旋体属丰度最高的20%的鸭子的AFP和BW均显著低于密螺旋体丰度最低的20%的鸭子(图7A)，表明脂肪积累与密螺旋体属丰度呈负相关。由于能够促进食物中无法消化的多糖吸收能量，密螺旋体群的丰度与膳食中的脂肪含量呈负相关。然而，脂肪沉积与Ruminococcus_torques_group的相对丰度呈正相关(图7B)，该菌可产生丁酸盐，丁酸盐产生菌能够促进脂肪沉积，之前的研究也表明，Ruminococcus_torques_group的丰度与脂肪积累呈正相关。
结论
本研究采用16SrRNA测序技术对番鸭盲肠微生物群进行了深入调查，并分析了鸭脂肪沉积与盲肠微生物群系的相关性。拟杆菌门和厚壁菌门是番鸭盲肠的优势菌门，该结果与其他鸭种相似。鸭群脂肪沉积的变化与番鸭盲肠微生物群有关，密螺旋体属和Ruminococcus_torques_group分别与脂肪沉积呈负相关和正相关。这些结果将为盲肠微生物群参与调节脂肪沉积提供基本证据，并有利于制定鸭肉产业的减脂策略。
文章:CecalMicrobiotaModulatesFatDepositioninMuscovyDucks.
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