研究生畜牧學(xué)讀書報(bào)告課件

1、Linking perturbations to temporal changes in diversity, stability, andcompositions of neonatal calf gut microbiota: prediction of diarrhea將新生犢牛腸道微生物菌群的多樣性、穩(wěn)定性及組成隨日齡變化與干擾聯(lián)系起來對腹瀉進(jìn)行預(yù)測ISME IF=9.4目錄MU LU研究背景結(jié)果材料和方法結(jié)論1234研 究 背 景01Background1、研究背景對缺乏免疫能力的幼小動(dòng)物來說，由于免疫系統(tǒng)不發(fā)達(dá)，所以特別容易感染各種疾病，比如腹瀉。1、研究背景抗生素被廣泛用于預(yù)防和

2、治療常見的疾病據(jù)報(bào)道，在小鼠和人的生命早期，抗生素對微生物群的干擾會(huì)對宿主免疫功能產(chǎn)生長期的負(fù)面影響。1、研究背景抗生素治療反芻動(dòng)物類似疾病會(huì)使糞便微生物多樣性減少（Oikonomou，2013），但尚不清楚微生物多樣性的減少是由于抗生素治療還是由于疾病本身引起的。假設(shè)：腹瀉或使用抗生素治療腹瀉后可能會(huì)影響腸道微生物群的多樣性，穩(wěn)定性及功能發(fā)生變化。2、研究目的 研究健康與腹瀉犢牛腸道微生物群組成的差異，用來預(yù)測腹瀉的發(fā)生，為早期治療提供依據(jù)，以減少抗生素的使用。材 料 和 方 法02Materials and Methods1、試驗(yàn)設(shè)計(jì)加拿大當(dāng)?shù)剞r(nóng)場的84頭初生犢牛（不含抗生素）CONSCB

3、 試驗(yàn)期56天 CON-H2H 7天 14天 21天 42天 56天 -20立刻儲(chǔ)存（代乳粉：63%的脫脂奶粉，粗蛋白260克/公斤，粗脂肪160克/公斤，干物質(zhì)代謝能19.2 MJ/公斤） CON-R2H CON-S2H SCB-H2H SCB-R2H SCB-S2H每天加5g布拉氏酵母菌2、犢牛分組信息3、DNA提取、PCR擴(kuò)增和測序從糞便樣品中提取總DNA16S rRNA基因的V1-V3高變區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增,對擴(kuò)增子測序QIIME2compatible SILVA 132數(shù)據(jù)庫（對比分類）QIAME 2中的“q2-picrust2”插件預(yù)測了微生物功能(蛋白質(zhì)編碼基因)4、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對Shann

4、on指數(shù)、BrayCurtis距離、每組內(nèi)的衰減和緩沖值的變化使用非參數(shù)Friedman檢驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估。Shannon指數(shù)的變異系數(shù)使用非參數(shù)的KruskalWallis檢驗(yàn)評(píng)估指數(shù)、糞便細(xì)菌屬的相對豐度和三組犢牛每日齡的預(yù)測基因，并基于MannWhitney U檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較。使用Benjamini-Hochbert算法，將每個(gè)測試的多重比較的P值調(diào)整為錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率。顯著差異在P0.05時(shí)出現(xiàn)，趨勢在0.05 P0.10時(shí)出現(xiàn)。結(jié)果03Discussion1、評(píng)估微生物多樣性使用QIIME2中的“多樣性”插件計(jì)算Shannon指數(shù)H2H：在21日齡(P= 0.029)、42日齡(P= 0.02

5、9)和56日齡(P= 0.030)時(shí)Shannon指數(shù)顯著高于7日齡R2H：在21日齡(P =0.002)、42日齡(P=0.005)和56日齡(P= 0.002)時(shí)Shannon指數(shù)顯著高于7日齡和14日齡S2H：42日齡時(shí)的Shannon指數(shù)顯著高于7日齡時(shí)的Shannon指數(shù)(P= 0.006)。（三組CON犢牛）1、評(píng)估微生物多樣性使用QIIME2中的“多樣性”插件計(jì)算Shannon指數(shù)R2H犢牛Shannon指數(shù)的變異系數(shù)顯著高于S2H犢牛(P =0.024)1、評(píng)估微生物多樣性在H2H (P= 0.014)和R2H (P 0.001)犢牛中，42天與21天之間的Bray-Curti

6、s距離明顯低于14天與7天之間距離。S2H犢牛56天與42天之間的Bray-Curtis距離顯著低于14天與7天之間的距離(P= 0.014)。Bray-Curtis距離：比較兩個(gè)群落微生物的組成差異2、評(píng)估微生物穩(wěn)定性的時(shí)間變化分類群功能穩(wěn)定性：群落分類組成的變化將影響其功能能力的程度。用于評(píng)估微生物的穩(wěn)定性。為了比較群落間分類群功能的穩(wěn)定性，模擬了每個(gè)群落分類組成的不同干擾f：功能能力的預(yù)期變化 ；t：模擬分類干擾的幅度；a(衰減）：描述隨著干擾的增加，功能變化的幅度迅速增加b(緩沖)：表明在較小的分類干擾下功能轉(zhuǎn)移被抑制的程度 微生物群的時(shí)間穩(wěn)定性通過衰減和緩沖值進(jìn)行評(píng)估2、評(píng)估微生物穩(wěn)

7、定性的時(shí)間變化衰減被定義為與響應(yīng)曲線斜率成反比。衰減和緩沖值越高，微生物群的穩(wěn)定性越高。2、評(píng)估微生物穩(wěn)定性的時(shí)間變化H2H：21日齡(P 0.001)，42日齡(P 0.1%且存在于每個(gè)日齡組樣本中一半以上)H2HR2HS2H4、腸道微生物群分類組成在7、21或56日齡的三組犢牛中，沒有觀察到任何細(xì)菌屬的相對豐度差異。(P = 0.058圖a) 布魯氏菌（Blautia）大腸桿菌-志賀氏菌（EscherichiaShigella） (P = 0.067圖b)未分類乳球菌屬（Ruminococcaceae）P = 0.021圖c)5、預(yù)測蛋白編碼基因基于PICRUSt2的結(jié)果，與-內(nèi)酰胺類耐藥

8、相關(guān)的三種預(yù)測蛋白編碼基因的相對豐度，包括“bla調(diào)節(jié)蛋白blar 1”(K02172)，“青霉素結(jié)合蛋白1”(k 12552)和“青霉素結(jié)合蛋白3”(k 12553)，以及一個(gè)預(yù)測的與陽離子抗微生物肽抗性相關(guān)的基因“金霉素”(K01401)，在56日齡的犢牛之間存在顯著差異。5、預(yù)測蛋白編碼基因(P= 0.007和0.034)(P= 0.012和0.036)(P= 0.012和0.035)(P =0.014和0.035)6、小結(jié)布魯氏菌（Blautia）可以產(chǎn)生丁酸鹽調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，是維持腸道健康的主要的SCFA（短鏈脂肪酸）之一。大腸桿菌-志賀氏菌（EscherichiaShigella）

9、被廣泛認(rèn)為是引起牛腹瀉的主要病原體。盡管H2H小牛和S2H小牛在任何年齡的任何細(xì)菌屬的相對豐度沒有差異。但與H2H小牛相比，在S2H檢測到與抗生素耐藥性相關(guān)的預(yù)測基因的相對豐度更高，這表明微生物群對抗菌藥物的反應(yīng)可能不一定發(fā)生在組成水平，而是發(fā)生在功能水平7、腸道微生物群中與疾病發(fā)病相關(guān)的標(biāo)志性細(xì)菌的預(yù)測21個(gè)細(xì)菌屬的相對豐度在采樣日之間沒有變化，建模后區(qū)分“健康”和“不健康”微生物群(AUC = 0.713)基于三重交叉驗(yàn)證，它揭示了這21個(gè)細(xì)菌屬中的6個(gè)，包括真核菌屬、鏈球菌屬、多雷氏菌屬、未培養(yǎng)的松毛蟲屬、瘤胃球菌2和丹毒桿菌屬，提高了犢牛健康狀況的辨別能力(AUC = 0.800)CO

10、N-H2H收集的樣本n= 39CON (n=33)和SCB組(n=26)7、腸道微生物群中與疾病發(fā)病相關(guān)的標(biāo)志性細(xì)菌的預(yù)測六種微生物標(biāo)記物的相對豐度的相對等級(jí)與AUC狀態(tài)的相對等級(jí)作圖瘤胃球菌2真核菌屬鏈球菌屬多雷氏菌屬未培養(yǎng)的拉克氏菌屬丹毒桿菌屬7、腸道微生物群中與疾病發(fā)病相關(guān)的標(biāo)志性細(xì)菌的預(yù)測根據(jù)六個(gè)細(xì)菌標(biāo)記的剖面作為獨(dú)立變量，隨機(jī)森林模型對于預(yù)測“健康的”和“不健康的”腸道微生物群的準(zhǔn)確性分別為62.0%和84.3%。7、腸道微生物群中與疾病發(fā)病相關(guān)的標(biāo)志性細(xì)菌的預(yù)測未培養(yǎng)的拉克氏菌屬(P 0.001)、瘤胃球菌2 (P 0.001)和多雷氏菌屬(P=0.025) ，鏈球菌(P= 0.0

11、10)和丹毒桿菌屬(P= 0.093)在“健康”微生物群中的相對豐度較高，而真核菌屬(P 0.033)在“不健康”微生物群中趨于較高7、腸道微生物群中與疾病發(fā)病相關(guān)的標(biāo)志性細(xì)菌的預(yù)測真核菌屬的等級(jí)較低(不健康與健康的對數(shù)比為1.74)而丹毒屬、乳球菌屬2、鏈球菌屬、多雷氏菌屬和未培養(yǎng)的松毛蟲屬具有較高的等級(jí)(在“不健康”和“健康”之間的對數(shù)比率分別為0.07、0.24、0.36、0.43和1.43)。表明真核菌屬在“不健康”微生物群中更普遍，而其他五個(gè)細(xì)菌屬在“健康”微生物群中更普遍。結(jié) 論04Conclusion使用抗生素治療腹瀉導(dǎo)致早期腸道微生物群多樣性和穩(wěn)定性的發(fā)展暫時(shí)延遲在56日齡時(shí)與抗生素抗性相關(guān)的預(yù)測基因的相對豐度增加，這表明抗生素可能會(huì)對犢牛的健康產(chǎn)生長期負(fù)面影響這項(xiàng)研究顯示了利用腸道微生物群預(yù)測犢牛腹瀉的前景，未來研究微生物組成及功能變化(對抗生素的反應(yīng))與犢牛腸道健康之間關(guān)系需要進(jìn)一步研究功能分析(如宏基因組學(xué))來闡明細(xì)菌標(biāo)記物在調(diào)節(jié)幼齡反芻動(dòng)物腸道