大肠杆菌在绵羊对蛇形毛圆线虫易感性中的关键作用及微生物标志物开发

本研究针对反刍动物寄生虫耐药性严峻问题，通过16S rRNA全长测序技术，揭示了宿主对蛇形毛圆线虫(Trichostrongylus colubriformis)抗性/易感性的肠道微生物特征。发现易感绵羊近端结肠中大肠杆菌(E. coli)显著富集，其与Parabacteroides distasonis等菌株构成的微生物平衡可高精度预测宿主抗性状态，为抗寄生虫育种提供了新型生物标志物。

　　

在反刍动物养殖领域，胃肠道线虫感染正面临严峻挑战。蛇形毛圆线虫(Trichostrongylus colubriformis)作为全球分布的重要寄生虫，不仅能感染牛羊等经济动物，还具有人畜共患风险。更棘手的是，传统驱虫药因耐药性蔓延正逐渐失效，这使得培育抗寄生虫宿主成为可持续养殖的关键策略。虽然已知宿主对寄生虫的抗性具有中等遗传力(h²=0.25)，但肠道微生物在这过程中扮演的角色始终是个黑箱。

针对这一科学盲点，郑州大学联合澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的科研团队开展了一项开创性研究。他们利用经过数十年选育的独特绵羊种群——包括对Haemonchus contortus和T. colubriformis具有抗性(RES)或易感性(SUS)的品系，通过16S rRNA全长测序技术揭示了肠道微生物与宿主抗性间的奥秘。这项发表在《Veterinary Research》的研究不仅发现了关键微生物标志物，还为抗寄生虫育种提供了新思路。

研究团队采用的主要技术方法包括：1) 使用经数十年选育的40只抗性/易感绵羊模型(各20只)进行T. colubriformis人工感染实验；2) 采用LoopSeq合成读长技术进行16S rRNA全长测序分析近端结肠微生物组；3) 运用edgeR算法筛选差异微生物，结合随机森林(Random Forest)和selbal算法识别预测性生物标志物；4) 通过PICRUSt2预测宏基因组功能。

研究结果部分呈现了系列重要发现：

"Host resistance compromised the establishment of Trichostrongylus colubriformis"显示，抗性绵羊在自然放牧条件下虫卵排出量(WEC)显著低于易感羊(P=1.05×10^-20)，人工感染后14天抗性羊体内成虫数量(87.92±201.94)更是比易感羊(7421.25±2522.96)低两个数量级(P<0.0001)，证实选育种群表型差异显著。

"The lambs susceptible to T.colubriformis infection harbored a distinct microbial community"部分通过α多样性分析发现，易感羊近端结肠微生物具有更高的系统发育多样性(PD whole tree=33.34 vs 30.89, P=0.0293)。edgeR算法鉴定出32个差异显著的细菌种类/菌株，其中易感羊中大肠杆菌(E. coli)相对丰度高出5倍，其三个菌株(KTE71、KTE103和O104:H4_str_Ec11_9990)也显著富集。

"E.coli as the most important microbe in distinguishing parasite resistance status"通过随机森林分析确认，E. coli是区分抗性/易感表型的最重要物种(Mean Decrease Accuracy最高)。该菌丰度与虫体负荷显著相关(P=0.0004)，其与Parabacteroides distasonis CL03T12C09和Bacteroides thetaiotaomicron dnLKV9构成的微生物平衡对表型的预测准确率达76%。

"Gut bacterial species correlated with parasitological traits and metagenome function"部分显示，PICRUSt2预测发现易感羊中致病性E. coli感染和志贺菌病(Shigellosis)通路显著富集，涉及G蛋白偶联受体信号传导等关键通路。而抗性羊中纤维素降解菌Fibrobacter succinogenes subsp. succinogenes丰度高出7倍(FDR=0.0017)。

"The resistant lambs had a distinct pattern of gut microbial interactions"通过NetCoMi网络分析揭示，抗性羊微生物网络中Alistipes putredinis和Prevotella bryantii等成为枢纽节点，与Eubacterium eligens等存在强正相关(R>0.97)；而易感网络中Dorea formicigenerans与Pseudoflavonifractor capillosus等形成新互作模块。

这项研究通过多组学方法系统解析了肠道微生物与宿主抗寄生虫能力的关系，具有三重重要意义：首先，发现E. coli等微生物标志物可替代传统WEC参数，解决抗性育种中表型鉴定成本高的问题；其次，暗示调控特定微生物可能成为控制寄生虫感染的新策略，如针对E. coli的噬菌体疗法；最后，揭示抗性羊同时富集纤维素降解菌的特征，为兼顾生产性能和抗病力的育种提供新视角。研究也存在未包含未感染对照、缺乏纵向采样等局限，未来需在更大群体中验证微生物标志物的预测效能，并深入探究E. coli促进寄生虫建立的具体机制。