基于高通量测序技术的藏系绵羊瘤胃与粪便微生物群落结构差异分析

为探究藏系绵羊瘤胃和粪便的微生物群落结构特征及差异,以5只6月龄体况相近及体质量为(21.50±0.59)kg的藏系绵羊为研究对象,分别采集其瘤胃液和粪便样品,利用高通量测序技术对16S rRNA基因V3-V4区段进行测序和生物信息学分析。结果表明,从藏系绵羊瘤胃液和粪便10个样品中共获得729 326条原始序列,经过滤后平均每个样品产生(64 145±320)条优化序列,平均长度(435.20±2.78) bp,聚类后共得到1 207个OTU。藏系绵羊瘤胃微生物的Chao 1指数和ACE指数显著高于粪便微生物,而Simpson指数和Shannon指数在两组之间差异均不显著,且两组的菌群结构有显著分化。在门分类水平上,瘤胃中相对丰度最高的优势菌门为拟杆菌门,粪便中相对丰度最高的优势菌门为厚壁菌门;在属分类水平上,瘤胃中相对丰度最高的属为细菌和普雷沃氏菌属_1,粪便中相对丰度最高的属为瘤胃球菌科Ruminococcaceae_UCG_010。对瘤胃和粪便的微生物群落进行功能预测,发现有显著性差异的代谢通路34个,主要富集在代谢、遗传信息处理、环境信息处理和细胞过程方面。说明藏系绵羊瘤胃和粪便的微生物在结构组成、相对丰度,以及基因功能等方面相对稳定且存在较大差异,这可能是不同胃肠道区段涉及的生理功能不同导致的。     

不同日粮类型对绵羊瘤胃微生物木聚糖酶基因多样性的影响

选取安装有永久性瘤胃瘘管的中国美利奴绵羊4只,先后饲喂全粗料日粮和精料型日粮(精粗比3∶2),提取微生物宏基因组DNA。通过PCR产物克隆文库构建、DNA测序和序列分析以研究在不同日粮条件下,绵羊瘤胃微生物糖苷水解酶第10家族(GH10)和第11家族(GH11)木聚糖酶基因的多样性。结果表明,全粗料日粮时分别获得108和137条GH10和GH11家族木聚糖酶基因片段,精料型时分别获得145和235条GH10和GH11家族木聚糖酶基因片段,这些序列分别归属于19、20、53和26个操作分类单元(OUT)。DNA序列分析表明,GH10家族木聚糖酶基因片段与梭菌和拟杆菌来源的木聚糖酶基因有较高的相似性,GH11家族木聚糖酶基因片段与放线菌、麦角真菌来源的木聚糖酶基因有较高的相似性。饲喂全粗料日粮时,有57.9%的GH10家族序列与已知木聚糖酶基因的相似性小于90%;饲喂精料型日粮时,有65.4%的GH11家族序列与已知木聚糖酶基因的相似性小于90%。由此可见,绵羊瘤胃微生物GH10和GH11家族木聚糖酶基因序列具有丰富的多样性,并且大部分为新发现的序列。饲喂全粗料日粮时,更有利于发现瘤胃微生物GH10家族木聚糖酶新序列;饲喂精料型日粮时,更有利于发现GH11家族木聚糖酶新序列。     

全混合日粮营养水平和粒度对绵羊瘤胃内环境的影响

选24只空怀期小尾寒羊母羊,采用2×2二因子析因试验设计,研究了不同营养水平(A11.0倍中国肉羊饲养标准、A21.5倍中国肉羊饲养标准),不同粒度(B1不粉碎、B2粉碎)全混合日粮(total mixed ration,TMR)对绵羊瘤胃内环境的影响.结果表明:食后2～8h,绵羊瘤胃液pH先降低后升高,在6.21～6.80之间波动,1.5倍营养水平极显著降低了绵羊食后2h和4h的瘤胃液pH(P<0.01),显著降低了绵羊食后6h的瘤胃液pH(P<0.05).在各时间点,采食1.5倍营养水平TMR的绵羊瘤胃液总氮、尿素氮和蛋白氮浓度,极显著高于采食1.0倍营养水平TMR的绵羊(P<0.01).在食前、食后2h和4h,采食含1.5倍营养水平TMR的绵羊瘤胃液氨氮浓度极显著高于采食含1.0倍营养水平TMR的绵羊(P<0.01).在食后2、4、6h,采食粉碎TMR的绵羊瘤胃液氨氮浓度显著低于采食未粉碎TMR的绵羊(P<0.05),但瘤胃液尿素氮浓度变化规律却相反(P<0.05).采食1.0倍营养水平和未粉碎TMR的绵羊瘤胃液挥发性总酸含量极显著高于采食1.5倍营养水平和粉碎TMR的绵羊(P<0.01).据此认为:绵羊饲喂TMR,瘤胃液pH波动范围较小,有利于维持瘤胃内环境的平衡;饲喂1.5倍营养水平TMR,绵羊瘤胃液总氮、氨态氮、尿素氮和蛋白氮浓度升高,促进瘤胃微生物发酵,有利于提高绵羊生产性能.饲喂粉碎TMR,绵羊瘤胃液总氮、蛋白氮和尿素氮浓度升高,氨态氮浓度显著降低,微生物对蛋白的分解减少,过瘤胃蛋白的比例增加,从而提高了蛋白质利用率.     

绵羊瘤胃细菌对铵氮的同化

本研究的目的是探索瘤胃中使淀粉发酵的细菌,为本身的生长,有无利用铵氮的能力。试验绵羊均设置永久的胶木瘤胃瘘管,以便取出瘤胃液供试验。试验步骤分三项:(1)将食入不同日粮绵羊的瘤胃液,在无氧情况下,作短期的试管培养,测定瘤胃液中铵氮浓度的变化;(2)分离并检查瘤胃液申使淀粉和葡萄糖发酵的细菌;(3)用平板菌落计算法计算服食不同数量淀粉与蛋白质绵羊瘤胃液中此等细菌数目。试验结果如下:     

采用PCR-DGGE技术分析蒙古羊瘤胃液相和固相细菌的多样性

为探讨蒙古羊瘤胃液相和固相细菌的多样性,采用变性梯度凝胶电泳技术结合聚合酶链式反应(PCRDGGE)及条带的克隆测序,比较瘤胃液相和固相细菌的差异,同时采用聚类分析和主成分分析(PCA)方法分析瘤胃液相和固相细菌的多样性。结果表明:1)瘤胃液相和固相样品均含有物种丰富的细菌菌群,但液相比固相具有更高的平均条带数,分别为30条和24条;2)瘤胃液相样品比固相样品具有更高的多样性指数、均匀度和丰富度,其数值分别为3.45、0.90和30.20及3.23、0.84和24.62;3)同一动物个体瘤胃液相样品和固相样品聚类在一起,相似性系数均高达0.81;4)共性条带测序结果表明瘤胃的优势细菌主要是Uncultured rumen bacterium和Uncultured Bacteroidetes bacterium,而特异性条带主要是Alcaligenes sp.。不同动物个体的瘤胃液相和固相均含有丰富的细菌菌群,且物种丰富度均较高;同一动物个体的液相与固相相比具有更高的细菌多样性。     

大豆异黄酮对人工瘤胃代谢的影响

采用静态人工瘤胃体外培养方法,研究不同质量浓度的2种大豆异黄酮(大豆黄酮和染料木素) 对瘤胃微生物代谢的影响.结果表明:当培养液中大豆异黄酮为100 mg·L-1时,大豆黄酮能使瘤胃液中氨氮含最升高2.2 mg·L-1(P<0.05) ,微生物蛋白含量提高20.0 Ixg·mL-1(P<0.05) ,总挥发性脂肪酸浓度上升2.7 mmol·L-1(P<0.05) ,丙酸/乙酸值为0.74,表明大豆黄酬能促进瘤胃微生物的氮代谢与糖代谢.100 mg·L-1的染料木素使瘤胃液中微生物蛋白含量提高36.8 μg-mL-1(P<0.01) ,乙酸比例升高11.4%(P<0.01) ,丙酸比例下降7.4%(P<0.01) ,丁酸比例下降10.2%(P<0.05) ,表明染料木素促进了瘤胃微生物的氮代谢,瘤胃发酵类型有向乙酸型转变的趋势.     

五肽胃泌素调节瘤胃微生物代谢的体外研究

研究了五肽胃泌素对体外培养瘤胃微生物挥发性脂肪酸代谢和蛋白质合成 ,以及CCK2 /gastrin特异性受体阻断剂丙谷胺对其作用的影响。实验分两系列 :Ⅰ 经瘤胃瘘管从采食粗料的绵羊、山羊收集瘤胃液 ,分别加入 0、 1× 1 0 -1 2 、1× 1 0 -1 0 和 5× 1 0 -1 0 mol·L-1 的五肽胃泌素 ,厌氧培养 8h ,测定挥发性脂肪酸和微生物蛋白质 ;Ⅱ 经瘤胃瘘管收集采食粗料添加部分精料的水牛瘤胃液 ,分别加入含有丙谷胺 (1 0 -1 0 mol·L-1 )、五肽胃泌素 (1 0 -1 0 mol·L-1 )、丙谷胺 (1 0 -1 0mol·L-1 ) +五肽胃泌素 (1 0 -1 0 mol·L-1 )的培养基中 ,厌氧培养 6h ,样品测定同系列I。结果显示 ,经五肽胃泌素(1 0 -1 0 mol·L-1 )处理 ,瘤胃微生物总挥发性脂肪酸浓度提高 5 %～ 2 0 % (P <0 0 5 ) ,微生物蛋白增加 7%～ 1 5 % (P <0 0 5 ) ,水牛乙酸 /丙酸 (C2 /C3 )值 (3 4vs 2 9)呈升高的趋势。五肽胃泌素对瘤胃微生物代谢的促进作用可被丙谷胺阻断。上述结果表明 ,胃泌素有促进瘤胃微生物挥发性脂肪酸代谢 ,提高微生物蛋白合成的作用 ;该作用可能经微生物细胞表面胃泌素受体介导     

牛瘤胃内主要细菌结构与功能探查

正通常年每毫升瘤胃液含10~9~10~(10)个细菌,种类达300多种以上,现已鉴定出60种瘤胃细菌。1纤维分解菌1.1瘤胃球菌白色瘤胃球菌和黄色瘤胃球菌是瘤胃中主要的纤维分解菌,均为严格厌氧型革兰氏阳性球菌。两种菌能产生大量的纤维素酶和半纤维素酶,将纤维素降解。黄色瘤胃球菌能产生结构复杂的木聚糖酶、多种内切酶和一种外切酶,可将结构复杂的纤维物质降解成纤维二糖、戊糖和挥发性脂肪     

粘质沙雷氏菌几丁质酶(ChiC)基因克隆及其生物信息学分析

从粘质沙雷氏菌(Serratia marcescensATCC14041)中克隆出几丁质酶基因(ChiC),将回收纯化的PCR产物与载体pMD18-T连接,构建成的重组质粒命名为pMD-Ch iC,将重组质粒转化到受体E.coliDH5α中进行克隆,经BamHI和NheI双酶切验证、核酸序列测定证实,重组质粒pMD-Ch iC含有几丁质酶C基因(ChiC)。利用生物信息学的方法,推测该粘质沙雷氏菌ChiC基因编码的蛋白质由480个氨基酸组成。预测该蛋白的等电点为5.63,分子量约为52kD。针对粘质沙雷氏菌中的几个几丁质酶基因做了进化树,进而验证了粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)几丁质酶(ChiC)在沙雷氏菌几丁质酶中的分类;同时对粘质沙雷氏菌几丁质酶C(ChiC)蛋白的高级结构作出了预测,得到其编码的属于18家族的蛋白质高级结构图谱。     

不同加工处理饲粮对绵羊反刍和瘤胃内环境的影响

选用3只身体健康并安装永久瘤胃瘘管的杂种羯羊,采用3×3无重复拉丁方设计,研究了不同方法加工处理饲粮对绵羊反刍和瘤胃内环境的影响。结果表明:饲粮的加工处理方法,对试羊的采食行为和反刍有显著影响(P<0.05);不同方法加工处理饲粮只对绵羊瘤胃液尿素氮有显著影响(P<0.05),不同处理间绵羊瘤胃液pH值、氨氮、蛋白氮都没有显著差异(P>0.05);分析各项指标,未粉碎精料+铡短粗料组的效果较好,证明用整粒谷实直接饲喂绵羊是可行的。     

奶牛瘤胃微生物元基因组文库中二肽基肽酶Ⅳ的筛选与分析

【目的】研究奶牛瘤胃内参与蛋白质降解过程中二肽基肽酶Ⅳ（dipeptidyl peptidases Ⅳ,DPP-Ⅳ）的序列特征和酶学性质。【方法】从奶牛瘤胃微生物Fosmid文库中挑选17 664个克隆,利用dpp-Ⅳ简并引物筛选含dpp-Ⅳ的阳性克隆。提取阳性克隆的质粒,用限制性内切酶Hind Ⅲ进行酶切。PCR扩增含dpp-Ⅳ目的片段,并克隆测序。对阳性克隆的Fosmid末端进行测序。提取阳性克隆粗酶液,利用底物Gly-Pro-pNA检测肽酶活性。【结果】筛选后获得10个含有dpp-Ⅳ的阳性克隆（命名为DP1—DP10）。Fosmid末端序列经BLASTX比对后发现78%的序列可以与数据库的已知序列相匹配,但相似度变化较大（44%—94%）。DPP-Ⅳ序列经BioEdit比对后,发现均含有N端保守区域（DWVYEEE）和C端催化区域（GWSYGG）,经BLASTP比对发现阳性克隆的DPP-Ⅳ分别与Cyclobacterium marinum（43%）、Capnocytophaga sp.（63%）、Prevotella ruminicola 23（66%）和Solitalea canadensis（50%）的DPP-Ⅳ相似度高。酶活力检测发现DP7肽酶活力最高,为6.88 U•mg-1。【结论】从瘤胃微生物Fosmid文库中获得了10个含有dpp-Ⅳ的阳性克隆,它们具有不同的dpp-Ⅳ序列特征和肽酶活性。     

应用变性梯度凝胶电泳和16S rDNA序列分析对山羊瘤胃细菌多样性的研究

 以取自3头安装有永久性瘤胃瘘管的土种山羊的瘤胃内容物为材料, 经过DNA抽提和PCR扩增, 扩增产物利用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE，一种DNA指纹技术)分析瘤胃细菌在两种日粮条件下的多样性。同时利用基因序列分析技术，分析了16个在DGGE胶上有匹配带的克隆的16S rDNA序列，并与现有的数据库进行了比较。结果表明，饲喂基础日粮时3头山羊瘤胃内容物的DGGE图谱有一定的相似性(43%～55%)；饲料中添加大豆黄酮一定程度上影响了瘤胃细菌的组成，DGGE谱带变化程度分别为1号36%、2号46%、3号30%。基因序列分析表明，DGGE图谱中优势条带的16S rDNA基因序列中有5个基因序列与基因数据库登录的相关序列的相似性大于97%，8个基因序列的相似性在90%～96%，余下的低于90%。相似性大于97%的5个克隆中，只有1个被鉴定为Prevotella sp.，其余4个都属于未被鉴定的瘤胃细菌。     

基于MiSeq分析川中黑山羊瘤胃细菌的多样性及群落结构

采用MiSeq高通量测序技术分析川中黑山羊瘤胃细菌的多样性及菌群结构。选用3只140日龄健康公羊,其平均体质量为(15.53±0.21)kg,饲喂10 d后,于150日龄时采集瘤胃液(样品A),40 d后再次采集瘤胃液(样品F),提取瘤胃液细菌基因组DNA,对细菌16S rDNA序列V4区进行MiSeq测序。结果显示:1)从样品A与样品F中共获得高质量序列338 830条,聚类后得3 400个运算分类单位(OTU);2)样品A的α多样性指数高于样品F的,但其差异无统计学意义;3)门水平上,样品A最高相对丰度为拟杆菌门的(占总序列数的40.87%),其次为厚壁菌门的(27.19%),样品F最高相对丰度为拟杆菌门的(47.12%),其次为变形菌门的(19.99%),再次为厚壁菌门的(18.05%),样品A厚壁菌门的相对丰度极显著高于样品F的(P0.01);4)在属水平上,样品A与样品F的最高相对丰度均为普雷沃氏菌属的(样品A的为25.54%,样品F的为27.67%),样品A中月形单胞菌属、丁酸弧菌属、瘤胃球菌属、琥珀酸弧菌属、琥珀酸菌属等的相对丰度显著高于样品F的(P0.05)。试验结果表明,川中黑山羊瘤胃中相对丰度最高的菌门为拟杆菌门,相对丰度最高的菌属为普雷沃氏菌属,且两瘤胃样品中部分细菌相对丰度间的差异显著。     

Diversity shifts of rumen bacteria induced by dietary forages in dairy cows and quantification of the changed bacteria using a new primer design strategy

The partial 16 S r RNA gene sequences(100 to 500 bp) were widely used to reveal rumen bacterial composition influenced by diets, while quantification of the changed uncultured bacteria was inconvenient due to difficult designing of specific primers based on short sequences. This study evaluated the effect of forage resources on rumen bacterial diversity and developed new strategy for primer design based on short sequences to quantify the changed uncultured bacteria. Denaturing gradient gel electrophoresis(DGGE) analysis and subsequent band sequencing were used to reveal the distinct rumen bacteria composition in cows fed with two forage sources(single corn stover vs. mixed forages including alfalfa hay and corn silage). The bacterial diversity in the rumen of dairy cows fed with corn stover was lower than that with mixed forages(P0.05). The bacterium named R-UB affiliating to uncultured Succinivibrionaceae was identified, and it was abundant in the rumen of cows fed with mixed forages compared to corn stover. The full length 16 S r RNA gene sequences with identity of 97% to the R-UB 16 S r RNA gene sequence were obtained from Gen Bank and used to design specific primers to quantify uncultured bacterium R-UB. All sequences of amplicon from the new primers were of 100% identity to R-UB sequences indicating the high specificity of new primers. Quantitative PCR confirmed that abundance of R-UB in the rumen of cows fed with corn stover was lower than those fed with mixed forages(P0.01). New strategy for designing primers based on partial 16 S r RNA genes to quantify targeted uncultured bacteria was successfully developed. The rumen bacteria descending significantly in the cows fed corn stover compared to those fed mixed forages was identified as uncultured R-UB from Succinivibrionaceae.     

Study on Complete Mitochondrial Genome of Oula Sheep(Ovis aries)

Mitochondrial genome has been widely used in species identification and gene conservation.In the present study,the complete mitochondrial genome of Oula sheep(Ovis aries)was determined using next-generation sequencing.This genome was16 618 bp(NCBI accession number:KU575248)and contained 13 protein coding genes,22 transfer RNA genes,two ribosomal RNA genes,and a typical control region.The overall nucleotide composition was 33.7%A,27.4%T,25.8%C,and 13.1%G,with a total A+T content of 61.1%.The phylogenetic analysis of selected sheep breeds showed that Oula sheep were clustered within branch A and originated from approximately 6 ka.This mitochondrial genome will provide valuable information for molecular genetic research of Oula sheep.     

体内驱除厌氧真菌对绵羊瘤胃微生物种群及发酵参数的影响

选用6只体况良好、体重35 kg左右,年龄1.5岁左右的蒙古绵羊,研究体内驱除厌氧真菌对瘤胃微生物和发酵参数的影响.结果表明,驱除真菌导致绵羊瘤胃细菌总数和纤维分解细菌数量显著升高(P<0.05),毛口目原虫数量和原虫总数也明显增加(P<0.05),而内毛目原虫的数量没有变化.瘤胃内羧甲基纤维素酶的活力随厌氧真菌的消失而显著降低(P<0.05),但滤纸酶、木聚糖酶和果胶酶的活力并不受影响.驱除厌氧真菌后,瘤胃pH值和NH3-N浓度没有显著的变化(P>0.05);乙酸、丁酸和TVFA的浓度均出现下降,其中,乙酸浓度降低极为显著(P<0.01),其余两者表现为显著降低(P<0.05);丙酸浓度并没有受到驱除真菌的影响(P>0.05).对乙酸与丙酸摩尔比例的比较显示,驱除厌氧真菌显著降低了乙酸/丙酸的值(P<0.05),说明驱除厌氧真菌改变了瘤胃内的发酵模式,使之更趋向于乙酸减少的方向进行.     

藏系绵羊瘤胃古菌季节动态分析

在不同季节分别随机选取3只藏系绵羊,采用PCR-DGGE技术对12只藏系绵羊瘤胃内容物中的细菌区系进行分子生态学分析.对古菌16SrDNA的V2～V4可变区的扩增产物进行DGGE图谱分析、相似性分析和Shannon多样指数分析.结果表明:瘤胃内容物中古菌群落多样性指数冬季与春季间差异不显著(P>0.05),但冬季显著高于夏季(P<0.05),并极显著高于秋季(P<0.01);春季与夏季差异不显著(P>0.05),春季显著高于秋季(P<0.05);夏、秋季之间差异不显著(P>0.05).各季间瘤胃古菌区系组成结构相似性高于94%.冬、春季节,由于牧草中的纤维性物质含量增高,导致瘤胃古菌群落多样性增加,不同季节牧草中粗蛋白和酸性洗涤纤维含量的变化可以引起特异性的古菌群落发育,可能导致不同的优势种群.     

甘露寡糖对生长绵羊瘤胃发酵功能(体外)的影响

采用批次培养的方法,研究了体外条件下日粮添加甘露寡糖对生长绵羊瘤胃发酵功能的影响。甘露寡糖的添加水平为0,0.20%,0.40%,0.60%,0.80%以及1.00%。结果表明,日粮添加甘露寡糖可以提高培养液中的挥发性脂肪酸(VFA)含量;可以提高培养液中的菌体蛋白(BCP)含量,并以0.60%的添加量效果最佳;添加量在0.80%以上时,可以显著降低(P<0.05)培养液中的NH3-N含量;对培养残渣中的中性洗涤纤维(NDF)含量没有显著影响(P>0.05)。研究初步证明,日粮添加甘露寡糖可以在一定程度上提高生长绵羊的瘤胃发酵功能。