早期生长阶段仔猪肠道菌群的变化及其与短链脂肪酸和生物胺的相关性

Changes of Gut Microbiota and Its Correlation With Short Chain Fatty Acids and Bioamine in Piglets at the Early Growth Stage.

作者信息Renli Qi, Xiaoyu Qiu, Lei Du, Jing Wang, Qi Wang, Jinxiu Huang, Zuohua Liu
PMID33469555
发布时间2021-01-05
DOI10.3389/fvets.2020.617259

实验完整度

中

包含动物实验(仔猪模型)和多种检测方法(16S rRNA测序、形态学、Western blot、qRT-PCR、代谢物测定),具有明确实验设计和结果,但缺乏功能验证和机制验证。

主要模型

荣昌猪仔猪(1-42日龄)

重点核对

6头仔猪(半公半母)来自不同窝,在1、7、14、21、28、35、42日龄取样 仔猪7日龄开始补饲教槽料,28日龄断奶 回肠和结肠内容物样本用于16S rRNA测序 结肠内容物用于SCFA和生物胺测定 数据分析使用ANOVA、Kruskal-Wallis H检验、Spearman相关性分析

摘要

本研究全面探讨了仔猪早期肠道微生物演替的变化特征及其与两类重要细菌代谢产物(短链脂肪酸和生物胺)产生的相关性。选取了出生时间相同、来自不同窝的6头仔猪,在1、7、14、21、28、35和42日龄时称重并安乐死。在此阶段,仔猪生长迅速,血液中生长激素和胰岛素水平逐渐升高,肠道发育指数和免疫力也随之提高。16s rRNA分析表明,结肠微生物群落的α多样性高于回肠。然而,回肠微生物群的组成随时间变化更为剧烈。乳杆菌属是仔猪回肠中的优势菌,而普雷沃氏菌属和瘤胃球菌科是断奶前结肠中的优势菌。仔猪的肠道细菌群落在三个阶段(新生、断奶前和断奶后)之间表现出明显差异。这与猪肠道形态变化模式相似。42天时,猪结肠中总短链脂肪酸含量较1天时增加了近20倍。乙酸占总短链脂肪酸的比例从1天时的74.5%迅速下降至42天时的36.5%,而丁酸和丙酸在该阶段显著增加。随着时间的推移,结肠中的组胺水平升高,腐胺水平显著降低,而总生物胺、酪胺和亚精胺的含量没有变化。数十种细菌类群与短链脂肪酸和生物胺高度相关。这些发现为重要的早期生长阶段猪肠道和肠道微生物组的动态变化提供了更广阔的视角。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
仔猪早期生长阶段(1-42日龄)肠道菌群演替特征及其与肠道形态、免疫功能和细菌代谢产物(短链脂肪酸和生物胺)的关系。
核心机制
肠道菌群组成变化影响短链脂肪酸和生物胺的产量与组成。
主要证据
基于6头仔猪在7个时间点的回肠和结肠样本,通过16S rRNA测序、SCFA和生物胺测定及Spearman相关性分析,发现优势菌属(如乳杆菌、普雷沃氏菌)与代谢物显著相关。
研究意义
为仔猪早期健康维护和生长性能提升提供指导意义。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

动物模型建立与样本采集

建立仔猪早期生长阶段的研究模型,系统性收集肠道样本和血液样本。

选取20头纯种荣昌母猪所产仔猪,同一分娩期,随机选取6头(半公半母)于1、7、14、21、28、35、42日龄经麻醉后处死,采集回肠、结肠内容物、肠组织及血液样本。

2

肠道形态与免疫指标检测

评估早期生长阶段肠道发育和免疫功能的变化。

通过HE染色观察肠道形态(绒毛高度、隐窝深度等),PAS染色观察杯状细胞,Western blot检测Occludin和β防御素蛋白表达,qRT-PCR检测TLR2和TLR9基因表达,ELISA检测血清免疫球蛋白和肠道sIgA水平。

3

肠道菌群组成与多样性分析

分析回肠和结肠微生物群落的组成和多样性随年龄的变化。

提取肠道内容物DNA,扩增16S rDNA V3-V4区,利用Illumina MiSeq测序,通过QIIME等工具进行生物信息学分析,包括α多样性(Chao1、Shannon)和β多样性(NMDS、聚类),并预测功能代谢通路。

4

短链脂肪酸和生物胺含量测定

测定结肠内容物中短链脂肪酸和生物胺的含量,并分析其与菌群的相关性。

使用气相色谱-质谱联用(GC-MS)测定SCFA含量,使用高效液相色谱(HPLC)测定生物胺含量,通过Spearman相关分析评估菌群与代谢物之间的关系。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Zoletil 50Virbac--
QIAamp DNA粪便微型试剂盒Qiagen--
NanoDrop 2000分光光度计Thermo Fisher--
抗Occludin抗体Proteintech13409-1-AP
抗GAPDH抗体Proteintech10494-1-AP
抗β防御素抗体Biossbs-1296R
RNAplus试剂盒TaKaRa--
PrimeScript RT试剂盒TaKaRa--
SYBR Premix Ex Taq IITaKaRa--
ELISA试剂盒(用于生长激素、胰岛素、IgG、IgM)mlbio Co., Ltd.--
ISQ Lt气相色谱-质谱联用仪Thermo Fisher--
TG WAX色谱柱Thermo Fisher30
U3000高效液相色谱系统Thermo Fisher--
Syncronis C18色谱柱Thermo Fisher250

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型与样本采集
猪品种(荣昌猪)、母猪胎次(二胎)、仔猪日龄(1,7,14,21,28,35,42)、性别比例(半公半母)、样本量(6头)
阅读提示:Materials and Methods: Animals and Collection of Samples
饲养管理
7日龄开始补饲教槽料,28日龄断奶
阅读提示:Materials and Methods: Animals and Collection of Samples
16S rRNA测序
扩增区域(V3-V4)、引物序列(341F/806R)、测序平台(Illumina MiSeq)、分析软件(QIIME 1.9.1)
阅读提示:Materials and Methods: 16S rDNA Amplicon Sequencing
SCFA测定
样本来源(结肠内容物)、样本量(n=5)、测定仪器(ISQ Lt GC-MS)、色谱柱(TG WAX)
阅读提示:Materials and Methods: Short-Chain Fatty Acid Concentrations; Figure 7
生物胺测定
样本来源(结肠内容物)、样本量(n=5)、测定仪器(U3000-HPLC)、色谱柱(Syncronis C18)
阅读提示:Materials and Methods: Biogenic Amines Concentrations; Figure 7