近日,，中國農(nóng)業(yè)科學院（深圳）農(nóng)業(yè)基因組研究所（以下簡稱“基因組所”）樊偉團隊聯(lián)合湖南農(nóng)業(yè)大學曾建國教授團隊和中國農(nóng)業(yè)大學咼于明教授團隊,，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)品的促生長機制研究方面取得了突破性進展。其研究成果在線發(fā)表于國際微生物學權(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動物腸道宏基因組學研究的重要補充，而且揭示了飼用抗生素和天然替抗產(chǎn)品促進生長的機理,，為開發(fā)“綠色天然”植物來源替抗產(chǎn)品提供了科學依據(jù),。

歷時六年的重大研究項目

  飼用抗生素的過度使用帶來了細菌耐藥性和超級細菌問題，嚴重威脅公眾健康,。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。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代表腸道內(nèi)微生物情況的樣本，導致一直無法清楚解析兩者的作用機制,。而只有闡明兩者的防病促生長機制,，才能真正指導綠色安全的防病促生長的飼用替抗產(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)合研究團隊于2012年啟動雞腸道宏基因組研究計劃,，經(jīng)過6年的努力,，構(gòu)建了第一個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）對腸道微生物菌群的調(diào)節(jié)作用,。

構(gòu)建全球首個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個不同品種（地區(qū)）雞的5個腸段（十二指腸,，空腸、回腸,、盲腸和結(jié)直腸）中采集了495個腸道內(nèi)容物樣本,，通過高通量測序共產(chǎn)生1.64Tb宏基因組數(shù)據(jù)，平均每個樣本3.31Gb,。得到了contig N50長度為1.95kb的組裝結(jié)果,，從組裝數(shù)據(jù)中鑒定了904萬個非冗余基因，平均開放閱讀框長度為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)建是對動物腸道宏基因組學研究的重要補充,。

▲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個樣品（總計）和來自黃雞（LY）,，白羽雞（AA）和不同地區(qū)樣本的檢測基因的稀釋曲線。

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,，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，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,，生長早期對于雞的發(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)殖模式對雞腸道宏基因組的影響   (a)五個地區(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)五個地區(qū)組（DGY，DHC,，DHK,，DSL，DST）的前腸樣品中放線菌門的平均相對豐度,。

▲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,。

促生長機制研究,，指導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劑替抗產(chǎn)品）為比較研究對象。宏基因組數(shù)據(jù)結(jié)果顯示博落回提取物主要能促進有益菌乳桿菌屬增加,、增強氨基酸和丁酸等營養(yǎng)或抗炎物質(zhì)合成,，從而有利于抗炎促生長。而金霉素則增加了腸道中產(chǎn)抗生素菌群豐度及增強了多種抗生素合成途徑,，據(jù)此推測能更有效地抑制有害菌和炎癥反應(yīng)來達到促生長效果,。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,，這進一步警示了飼用抗生素可加速耐藥菌的產(chǎn)生而對公眾造成巨大威脅,，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豐度增加,。（c）金霉素組的抗生素抗性基因（ARGs）相對豐度增加。

 ▲ CTC和MCE對前腸微生物KEGG代謝途徑的顯著改變,。

  樊偉團隊長期致力于農(nóng)業(yè)宏基因組學的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究,，深入開展宏基因組學的前沿實驗技術(shù)和信息算法研究。在雞腸道宏基因組的合作研究中,，樊偉研究研究團隊主要承擔了構(gòu)建宏基因組高通量測序文庫,、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序大規(guī)模研究了雞腸道微生物的特點,，構(gòu)建了全球首個雞腸道微生物參考基因集，也是首個包含各腸段（十二指腸,，空腸,、回腸、盲腸和結(jié)直腸）的動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,。

  樊偉研究團隊目前已開展的研究包括動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)保護提供重要的科學支撐。

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