近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院（深圳）農(nóng)業(yè)基因組研究所（以下簡(jiǎn)稱“基因組所”）樊偉團(tuán)隊(duì)聯(lián)合湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)曾建國教授團(tuán)隊(duì)和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)咼于明教授團(tuán)隊(duì),，在雞腸道微生物宏基因集構(gòu)建和飼用抗生素與天然替抗產(chǎn)品的促生長(zhǎng)機(jī)制研究方面取得了突破性進(jìn)展,。其研究成果在線發(fā)表于國際微生物學(xué)權(quán)威期刊《微生物組（Microbiome）》上，基因組所博士后張艷,、江帆,，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生黃鵬、肖康鵬為該論文共同第一作者,。

  該研究成果不僅是對(duì)動(dòng)物腸道宏基因組學(xué)研究的重要補(bǔ)充,，而且揭示了飼用抗生素和天然替抗產(chǎn)品促進(jìn)生長(zhǎng)的機(jī)理，為開發(fā)“綠色天然”植物來源替抗產(chǎn)品提供了科學(xué)依據(jù),。

歷時(shí)六年的重大研究項(xiàng)目

  飼用抗生素的過度使用帶來了細(xì)菌耐藥性和超級(jí)細(xì)菌問題,，嚴(yán)重威脅公眾健康。伴隨著全球越來越多的國家和地區(qū)加入“限抗”和“禁抗”的隊(duì)伍,，尋找和開發(fā)“安全,、有效、可控,、成本低”的天然替抗產(chǎn)品是目前全球研究的熱點(diǎn),。然而，無論是飼用抗生素還是天然替抗產(chǎn)品的防病促生長(zhǎng)作用都與腸道微生物緊密相關(guān),，但是由于缺乏大樣本量數(shù)據(jù)的分析和缺少更能真實(shí)代表腸道內(nèi)微生物情況的樣本,，導(dǎo)致一直無法清楚解析兩者的作用機(jī)制。而只有闡明兩者的防病促生長(zhǎng)機(jī)制,，才能真正指導(dǎo)綠色安全的防病促生長(zhǎng)的飼用替抗產(chǎn)品的開發(fā),。

  為了更好地理解家禽腸道微生物的功能，雞的健康養(yǎng)殖,，并解釋飼用抗生素和天然替抗產(chǎn)品與腸道微生物群落的相互作用關(guān)系,，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)于2012年啟動(dòng)雞腸道宏基因組研究計(jì)劃，經(jīng)過6年的努力,，構(gòu)建了第一個(gè)雞腸道微生物參考基因集,，深入分析不同腸段、不同飼養(yǎng)方法,、不同日齡對(duì)腸道微生物群落與功能的影響,，并系統(tǒng)比較了飼用抗生素金霉素（CTC）和天然替抗產(chǎn)品博落回提取物（MCE）對(duì)腸道微生物菌群的調(diào)節(jié)作用。

構(gòu)建全球首個(gè)雞腸道微生物參考基因集

  該研究以能代表腸道微生物的腸段內(nèi)容物樣本為研究材料,，從7個(gè)不同品種（地區(qū)）雞的5個(gè)腸段（十二指腸,，空腸、回腸,、盲腸和結(jié)直腸）中采集了495個(gè)腸道內(nèi)容物樣本,，通過高通量測(cè)序共產(chǎn)生1.64Tb宏基因組數(shù)據(jù)，平均每個(gè)樣本3.31Gb,。得到了contig N50長(zhǎng)度為1.95kb的組裝結(jié)果,，從組裝數(shù)據(jù)中鑒定了904萬個(gè)非冗余基因，平均開放閱讀框長(zhǎng)度為697bp,，樣品稀釋曲線已接近飽和,，表明大多數(shù)雞腸道微生物的基因已被包含于基因集中，由此構(gòu)建了全球首個(gè)雞腸道微生物參考基因集,。雞腸道微生物參考基因集的構(gòu)建是對(duì)動(dòng)物腸道宏基因組學(xué)研究的重要補(bǔ)充,。

▲雞腸道宏基因集  （a）雞腸道圖。前腸（十二指腸,、空腸,、回腸）和后腸（盲腸、結(jié)直腸）及其微生物密度,。（b）來自495個(gè)樣品（總計(jì)）和來自黃雞（LY）,，白羽雞（AA）和不同地區(qū)樣本的檢測(cè)基因的稀釋曲線。

雞的健康養(yǎng)殖研究

  在構(gòu)建雞腸道宏基因集之后,，該研究比較了雞,、豬和人的腸道宏基因集，發(fā)現(xiàn)三者的腸道宏基因集盡管在基因序列水平上差異巨大,，但微生物的功能相似性較高,；分析了不同養(yǎng)殖模式對(duì)于雞腸道宏基因組的影響，發(fā)現(xiàn)雞在散養(yǎng)模式下腸道微生物多樣性高于籠養(yǎng)模式,，且土壤主要成分的放線菌在散養(yǎng)雞中比籠養(yǎng)雞中更豐富,；比較了雞的前腸和后腸宏基因組的不同特點(diǎn)，分析發(fā)現(xiàn)后腸微生物多樣性明顯高于前腸,；比較分析了不同日齡的肉雞腸道微生物特點(diǎn),，發(fā)現(xiàn)在前腸和后腸中，微生物代謝能力均在第28天左右達(dá)到最大值,，此后基本保持穩(wěn)定或略有下降,，但前腸中不同日齡的差異程度要大于后腸中的日齡差異程度。研究表明,，生長(zhǎng)早期對(duì)于雞的發(fā)育和腸道微生物群的建立都至關(guān)重要,。

▲人、豬和雞腸道宏基因集比較  （a）人,、豬和雞腸道宏基因集的基因序列比較,。（b）存在于雞，人和豬基因集中及其共有的KEGG直系同源組（KOs）的維恩圖。

▲不同養(yǎng)殖模式對(duì)雞腸道宏基因組的影響   (a)五個(gè)地區(qū)組（DGY,，DHC,，DHK，DSL,，DST）中基因,、屬、OG和KO水平的樣本的微生物多樣性（Shannon指數(shù)）,。(b)五個(gè)地區(qū)組（DGY,，DHC，DHK,，DSL,，DST）的前腸樣品中放線菌門的平均相對(duì)豐度。

▲雞的（a）前腸和（b）后腸的核心微生物屬共生網(wǎng)絡(luò)分析

 ▲不同日齡的雞腸微生物組的差異,。（a）不同日齡前腸微生物群落的NMDS圖,。（b） 不同日齡后腸微生物群落的NMDS圖。

促生長(zhǎng)機(jī)制研究,，指導(dǎo)未來綠色天然替抗產(chǎn)品開發(fā)

  研究以金霉素（飼用抗生素）與博落回提取物（植物來源天然促生長(zhǎng)劑替抗產(chǎn)品）為比較研究對(duì)象,。宏基因組數(shù)據(jù)結(jié)果顯示博落回提取物主要能促進(jìn)有益菌乳桿菌屬增加、增強(qiáng)氨基酸和丁酸等營(yíng)養(yǎng)或抗炎物質(zhì)合成,，從而有利于抗炎促生長(zhǎng),。而金霉素則增加了腸道中產(chǎn)抗生素菌群豐度及增強(qiáng)了多種抗生素合成途徑，據(jù)此推測(cè)能更有效地抑制有害菌和炎癥反應(yīng)來達(dá)到促生長(zhǎng)效果,。此外,，飼用抗生素還引起了腸道內(nèi)抗生素抗性基因的上升，這進(jìn)一步警示了飼用抗生素可加速耐藥菌的產(chǎn)生而對(duì)公眾造成巨大威脅,，以及開發(fā)有效的飼用替抗產(chǎn)品的緊迫性,。

▲（a）CTC和MCE處理后前腸中微生物的變化。(b)金霉素組抗生素生物合成途徑的相對(duì)豐度增加,。（c）金霉素組的抗生素抗性基因（ARGs）相對(duì)豐度增加,。

 ▲ CTC和MCE對(duì)前腸微生物KEGG代謝途徑的顯著改變。

  樊偉團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于農(nóng)業(yè)宏基因組學(xué)的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究,，深入開展宏基因組學(xué)的前沿實(shí)驗(yàn)技術(shù)和信息算法研究,。在雞腸道宏基因組的合作研究中，樊偉研究研究團(tuán)隊(duì)主要承擔(dān)了構(gòu)建宏基因組高通量測(cè)序文庫,、構(gòu)建非冗余宏基因集,、注釋基因的物種和功能、分析微生物多樣性和代謝途徑等,。該研究首次通過高通量測(cè)序大規(guī)模研究了雞腸道微生物的特點(diǎn),，構(gòu)建了全球首個(gè)雞腸道微生物參考基因集，也是首個(gè)包含各腸段（十二指腸，空腸,、回腸,、盲腸和結(jié)直腸）的動(dòng)物腸道微生物參考基因集，將成為今后腸道微生物研究的重要參考資料,。

  樊偉研究團(tuán)隊(duì)目前已開展的研究包括動(dòng)物健康與腸道微生物宏基因組研究,、植物健康與土壤微生物宏基因組研究,、生物入侵與伴生微生物宏基因組研究等,，將致力為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)保護(hù)提供重要的科學(xué)支撐。

原文鏈接：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-018-0590-5