第133期：膳食纤维对仔猪肠道菌群和SCFA代谢的影响
论文ID
原名：Response of Gut Microbiota to Dietary Fiber and Metabolic Interaction With SCFAs in Piglets
译名：膳食纤维对仔猪肠道菌群和SCFA代谢的影响
作者：Boshuai Liu1, Wenjing Wang1, Xiaoyan Zhu1,2, Xiao Sun1, Junnan Xiao1, Defeng Li1,2, Yalei Cui1,2, Chengzhang Wang1,2 and Yinghua Shi1,2 *
完成单位：1 College of Animal Science and Veterinary Medicine, Henan Agricultural University, Zhengzhou, China
2 Henan Key Laboratory of Innovation and Utilization of Grassland Resources, Zhengzhou, China
期刊：frontiers in Microbiology
影响因子：4.235
发表时间：2018-09-28
1、摘要
膳食纤维（DF）通过调节仔猪肠道菌群的多样性来减轻仔猪断奶的应激。本文旨在研究DF对仔猪生长性能及其肠道菌群组成的影响，以及肠道菌群与短链脂肪酸（SCFA）之间的相互作用。选取840头断奶仔猪随机分到三个处理组，分别是对照组（CG），苜蓿粉组（AG）和商品浓缩纤维组（OG），每组4个重复，每个重复70头，试验为期30天。通过16S rRNA基因测序肠粘膜和粪便样品，用于确定细菌群落的多样性。结果显示，与CG组相比，纤维处理对仔猪生长性能和SCFA代谢有积极影响，腹泻率显著降低，AG组盲肠中丙酸（PA）含量明显增加。AG组空肠菌群的Shannon指数高于CG组。与CG组相比，在属水平上，AG和OG组十二指肠中类芽孢杆菌的相对丰度更高；在AG组空肠中，芽孢杆菌，海洋杆菌，类芽孢杆菌，乳酸菌，肠球菌和微杆菌的相对丰度较高，而支原体的相对丰度较低。在盲肠中，AG和OG组中幽门螺杆菌的相对丰度也较低，此外，OG组中粪杆菌属的相对丰度高于CG和AG组。Spearman相关分析显示，拟丁酸弧菌与乙酸、丙酸和丁酸(BA)呈正相关，拟杆菌和厌氧棍状菌属与PA和BA呈负相关。另外，在不同肠段之间的微生物群分析显示近端和远端肠道之间的微生物群显著不同。近端部分的细菌主要是硬毛菌，而远端部分的细菌主要是拟杆菌和硬毛菌。总之，研究表明，DF处理可以降低仔猪的腹泻率，并对肠道健康产生有益的影响，这可能归因于DF诱导肠道菌群的改变以及肠道菌群与SCFA的相互作用。
2、试验设计
3、结果与分析
表1：试验日粮的组成和营养成分（基于饲喂基础，％）
表2：不同DF对仔猪生长性能的影响
表2表示的是不同DF对仔猪生长性能的影响。各处理组之间的ADFI，ADG，和F：G之间无显著影响（P> 0.05）。与CG组相比，AG组仔猪的死亡率下降显著（P> 0.05），而腹泻率明显下降（P ＜0.05）。与CG处理组相比，OG组仔猪的腹泻率呈现下降趋势（P> 0.05）。
图1：不同DF对仔猪SCFAs发酵的影响。（A）仅盲肠样品的SCFA。（B）结肠样品的SCFA。AA，乙酸；PA，丙酸；BA，丁酸；ISOBA，异丁酸；ISOBA，异丁酸；VA，戊酸；ISOVA，异戊酸。∗0.01 <P <= 0.05，∗∗0.001 <P <= 0.01，*** P <= 0.001。
图2：微生物群落的shannon多样性指数分析。（A）十二指肠样品。（B）空肠样品。（C）回肠样品。（D）盲肠样品。（E）结肠样品。（F）粪便样本。CD，AD和OD：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的十二指肠粘膜微生物群。CJ，AJ和OJ：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的空肠黏膜菌群。 CI，AI和OI：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的回肠粘膜微生物群。CCe，ACe和OCe：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的盲肠粘膜微生物群。CCo，ACo和OCo：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的结肠粘膜微生物群。CF，AF和OF：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的粪便微生物群。∗0.01 <P <= 0.05，∗∗0.001 <P <= 0.01，*** P <= 0.001。
图3：在门类水平微生态群落的组成分析。（A）十二指肠的样品。（B）空肠样品。（C）回肠样品。（D）盲肠样品。（E）结肠样品。（F）粪便样本。CD，AD和OD：对照组，苜蓿组和商品浓缩的十二指肠粘膜微生物群；CJ，AJ和OJ：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的空肠黏膜菌群。CI，AI和OI：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的回肠粘膜微生物群。CCe，ACe和OCe：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的盲肠粘膜微生物群。CCo，ACo和OCo：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的结肠粘膜微生物群。CF，AF和OF：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的粪便微生物群。∗0.01 <P <= 0.05，∗∗0.001 <P <= 0.01，*** P <= 0.001。
图4：属微生物菌群群落组成分析。CD，AD和OD：对照组，苜蓿组和商品浓缩的十二指肠粘膜微生物群；CJ，AJ和OJ：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的空肠黏膜菌群。CI，AI和OI：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的回肠粘膜微生物群。CCe，ACe和OCe：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的盲肠粘膜微生物群。CCo，ACo和OCo：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的结肠粘膜微生物群。CF，AF和OF：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的粪便微生物群。∗0.01 <P <= 0.05，∗∗0.001 <P <= 0.01，*** P <= 0.001。
图5：肠道菌群和粪便菌群中属水平微生物群组成的热图。物种之间的关系由Bray-Curtis距离的完全聚类方法确定。顶部的树显示了样本的聚类关系。在热图中，绿色表示相对较高丰度，而白色则表示较低的相对丰度。CD，AD和OD：对照组，苜蓿组和商品浓缩的十二指肠粘膜微生物群；CJ，AJ和OJ：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的空肠黏膜菌群。CI，AI和OI：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的回肠粘膜微生物群。CCe，ACe和OCe：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的盲肠粘膜微生物群。CCo，ACo和OCo：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的结肠粘膜微生物群。CF，AF和OF：分别为对照组，苜蓿粉组和商品浓缩纤维组的粪便微生物群。∗0.01 <P <= 0.05，∗∗0.001 <P <= 0.01，*** P <= 0.001。
图6：关联和模型预测分析。（A）仅针对盲肠样品的RDA。（B）仅针对结肠样品的RDA。（C）在前50个细菌属和环境因素之间进行相关分析的热图。AA，乙酸；PA，丙酸；BA，丁酸；ISOBA，异丁酸；ISOBA，异丁酸；VA，戊酸；ISOVA，异戊酸。∗0.01 <P <= 0.05，∗∗0.001 <P <= 0.01，*** P <= 0.001。
4、结论
研究表明，含苜蓿粉和商品浓缩纤维的日粮对仔猪的生长性能和SCFA代谢有积极影响。特别地，通过AG处理，仔猪的腹泻率显著降低，盲肠中PA的含量显著增加。此外，DF对细菌的丰富性和多样性以及肠道微生物群组成具有有益的影响。经纤维处理的仔猪中有益细菌和降解纤维的细菌比例更高，而有害细菌则明显减少。进一步的研究表明，后肠微生物群和SCFA之间存在密切的代谢相互作用。这些结果表明，DF降低了仔猪的腹泻率，并对肠道健康产生了益生元的影响，这可能归因于DF诱导的肠道菌群的改变以及它们与SCFA的相互作用。此外，对仔猪肠道和粪便样品的微生物群组成进行了系统分析，为发现近端和远端肠道之间的微生物群差异提供了理论支持。这些发现将有助于DF调节肠道微生物群以改善仔猪健康和生产力的理论发展。
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