基于全长16S rRNA基因测序探究初乳微生物群对犊牛早期肠道菌群发育的影响

《Scientific Reports》：Exploring colostrum microbiota and its influence on early calf gut microbiota development using full-length 16S rRNA gene metabarcoding

本研究针对奶牛初乳微生物群如何塑造犊牛早期肠道菌群这一关键问题，通过牛津纳米孔技术（ONT）对42头奶牛初乳及其犊牛出生后第1、16、57天的粪便进行全长16S rRNA基因测序，系统解析了微生物群落的动态演替。结果表明，犊牛出生首日粪便中56.2%的菌种来源于初乳，且初乳菌群与57日龄犊牛肠道菌群多样性高度相似，证实初乳是新生儿肠道菌群定植的重要来源。研究还发现，抗菌干奶期治疗（DCT）和犊牛抗生素干预对微生物群落多样性和组成无显著长期影响，为优化犊牛健康管理策略提供了重要依据。

　　

新生犊牛的健康和发育与其肠道微生物群的早期建立密切相关。初乳不仅是被动免疫的关键来源，近年研究发现其携带的微生物群亦对犊牛肠道菌群的初始定植具有重要影响。然而，初乳微生物如何具体参与这一过程，以及养殖中常用的抗菌干预（如干奶期抗生素治疗）是否会干扰微生物传递，尚缺乏系统研究。为此，西班牙NEIKER研究所与德国霍恩海姆大学联合团队在《Scientific Reports》发表论文，通过全长16S rRNA基因测序技术，首次在物种水平深入揭示了初乳微生物群对犊牛肠道菌群发育的长期影响。

研究团队采集了42头荷斯坦奶牛初乳及其所生43头犊牛（含一对双胞胎）在出生后第1、16、57天的粪便样本，利用牛津纳米孔技术（ONT）进行全长16S rRNA基因测序，结合NanoCLUST算法进行物种水平注释。通过α多样性（Chao1、Shannon指数）和β多样性（Bray-Curtis距离）分析评估微生物群落结构，并采用ANCOM-BC2进行差异丰度检验，以探究年龄、抗菌处理（DCT和犊牛抗生素治疗）对微生物群落的影响。

物种水平微生物多样性比较

α多样性分析显示，犊牛粪便微生物丰富度和均匀度随年龄增长显著上升（p<0.05），d1样本多样性最低，d57时与初乳样本无显著差异。β分析表明，d16样本的微生物组成处于d1和d57的过渡状态。PERMANOVA验证了不同样本类别间群落结构差异显著（R²=0.415，p=0.001），但抗菌处理未引起各组内微生物组成的显著变化。

细菌群落组成随样本类别和年龄变化

初乳和犊牛粪便中均以假单胞菌门（Pseudomonadota）、厚壁菌门（Bacillota）和拟杆菌门（Bacteroidota）为优势菌门。d1粪便中埃希氏菌属（Escherichia）/志贺氏菌属（Shigella）丰度最高（42.1%），d16时被粪杆菌属（Faecalibacterium）（32.6%）取代，d57时后者仍占主导（10.6%）。物种共享分析显示，d1粪便中56.2%的物种来源于初乳，且初乳与d57粪便共享37.4%的物种，凸显初乳对肠道菌群建立的持续贡献。

核心微生物群及标志物种

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初乳核心菌属包括副梭菌属（Paraclostridium）（97%）、罗姆布茨菌属（Romboutsia）（92%）等；d1粪便核心菌属为埃希氏菌属（98%）、志贺氏菌属（95%）和梭菌属（Clostridium）（95%）；d57时核心菌属数量增至23个，如粪杆菌属（100%）和布劳特氏菌属（Blautia）（100%），反映肠道菌群随年龄增长趋于稳定。

微生物群随时间动态演变

纵向分析显示，犊牛肠道菌群存在高度个体差异，但整体呈现埃希氏菌属等早期优势菌被粪杆菌属、琥珀酸弧菌属（Succinivibrio）等替代的趋势。乳酸杆菌属（Lactobacillus）在d16短暂升高后于d57回落，而邓肯氏菌属（Duncaniella）等菌属在d57显著增加，预示饮食转变对菌群的塑造作用。

研究通过全长16S rRNA测序证实，初乳是犊牛早期肠道菌群的重要来源，其微生物组成与犊牛肠道菌群发育密切相关。尽管抗菌干预未表现出长期影响，但初乳质量的优化对促进新生儿肠道健康具有潜在意义。该研究为通过微生物管理提升犊牛抗病能力和生长性能提供了理论依据，对实现畜牧业可持续发展具有重要参考价值。