《Poultry Science》：Host genetic and environmental determinants of chicken gut microbiota: A review
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本综述系统梳理了鸡肠道微生物群（Gut Microbiota）的关键影响因素，包括环境因子（如饲养环境、日粮营养、饲料添加剂）和宿主遗传因素（如遗传力h2、微生物数量性状位点miQTL、候选基因LDAH/APOB/TOX2等）。文章深入探讨了微生物群如何通过肠-肝轴（Gut-Liver Axis）、肠-脑轴（Gut-Brain Axis）等通路调控宿主免疫、代谢（如SCFAs）与生产性能，为通过调控微生物群改善鸡健康与养殖效率提供了理论依据与实践策略。
鸡肠道微生物群的组成与功能
鸡肠道微生物群是由细菌、古菌、真菌和病毒等组成的复杂微生物群落，其中超过98%的可分类基因属于细菌。在门水平上，厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）是优势菌群，占细菌基因的88%以上。优势属包括Phocaeicola、Bacteroides、Alistipes、Prevotella和Escherichia。真菌则以子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）为主，优势属为Gibberella，其次为Aspergillus和Candida。肠道微生物群在营养吸收、免疫防御、代谢调节（如产生短链脂肪酸SCFAs）以及通过肠-肝轴、肠-脑轴等途径影响宿主健康与生长性能方面发挥着关键作用。
环境因素对鸡肠道微生物群的驱动作用
生活环境的影响
鸡的生存环境显著影响其肠道微生物组成。研究表明，藏鸡独特的肠道微生物群有助于其在高原低氧寒冷环境下的适应性体温调节。而低地鸡则表现出更强的免疫反应，这一适应性特征与厚壁菌门成员有关。热应激是家禽养殖的主要挑战，高温会导致鸡十二指肠、空肠和回肠出现显著病理变化，同时肠道内乳酸杆菌（Lactobacillus）和双歧杆菌（Bifidobacterium）丰度下降，大肠杆菌（Escherichia coli）和梭菌（Clostridium spp.）等致病菌丰度增加，导致肠道菌群失调。近期研究发现，高温条件下肉鸡盲肠微生物群中Alistipes富集，且肠道微生物干预可通过调节下丘脑5-羟色胺（5-HT）通路减弱热暴露肉鸡的产热作用。此外，现代养殖中垫料（如稻草、松针、刨花）的重复使用会导致病原菌富集，诱发肠道炎症反应。微塑料（MP）污染也备受关注，其在土壤、池塘水和家禽肠道中含量丰富，棒状杆菌（Corynebacterium）在微塑料与家禽肠道相互作用中扮演关键角色。
日粮营养素的影响
脂肪、蛋白质和碳水化合物的摄入直接影响家禽生长，并间接通过肠道微生物群调节其健康。蛋白质是家禽饲料中必需但昂贵的成分。过量摄入会增加脂肪沉积，降低胴体品质；而低蛋白日粮可降低蛋白质分解的能量消耗，减少过量氨基酸排泄，从而提高氮利用效率，减少氮排放。研究发现，低蛋白日粮（13.5%粗蛋白，CP）可通过改变胆汁酸代谢和肠道微生物组成影响生长母鸡的肝脏脂质代谢，增加拟杆菌门丰度，显著降低厚壁菌门丰度。日粮能量（12.56 MJ/kg）和蛋白质（15% CP）对泰和丝羽乌骨鸡盲肠微生物群有不同的调节作用。用25%发酵蚕豆（FFB）替代部分饲料可上调肠道细胞保护基因（如GLP-2、MUC-2、FABP-6）的表达，抑制大肠杆菌和产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）的生长繁殖。用5%黑水虻（Hermetia illucens）幼虫替代部分豆粕、玉米蛋白粉和豆油，可积极影响盲肠微生物群或肠道粘蛋白动态。以黑水虻幼虫-山蚂蝗为基础蛋白源的日粮可提高肉鸡肠道微生物α多样性和丰富度，有益乳酸菌随黑水虻幼虫添加水平增加而增加。脂质来源（豆油/棕榈油/菜籽油/鱼油、牛油）的消化率差异显著，谷物类型和脂肪来源的相互作用显著影响乳酸杆菌（Lactobacillus spp.）的定植。生菜籽油（LSO）补充可提高免疫球蛋白和补体水平，改善抗氧化能力，增加乳酸杆菌和双歧杆菌丰度，减少大肠杆菌和沙门氏菌（Salmonella）丰度。胆碱补充虽能促进肝脏脂质沉积，但会改变肠道微生物群，降低拟杆菌（Bacteroides）和瘤胃球菌（Ruminococcaceae_Ruminococcus）丰度，增加Faecalibacterium丰度。膳食纤维虽传统上被认为是抗营养素，但可被结肠细菌发酵转化为生物活性代谢物（如SCFAs）。在胡须鸡日粮中增加膳食纤维（玉米芯粉）可减少腹脂，同时调节盲肠微生物群，增加Akkermansia丰度，显著降低Phascolarctobacterium、Rikenellaceae和Faecalibacterium丰度。矿物元素也影响家禽肠道微生物群，日粮补充纳米碳/硒酸盐材料可降低粪便抗生素抗性基因（ARGs），增强微生物氮利用率。
饲料添加剂的影响
益生菌、益生元、合生元、有机酸、酶、免疫刺激剂和植物源添加剂等替代品可改善家禽生产性能，提高养分利用率和吸收率，调节肠道微生物，维持产品品质，并减少对抗生素的依赖。纳米技术可减少日粮中草药的添加量并提高其生物利用度。植物源化合物包括草药、植物提取物、精油、天然生物活性化合物和油树脂。在日粮中添加杜氏盐藻（Dunaliella salina）和螺旋藻（Spirulina）混合物可显著改善肉鸡生长性能，同时降低胆固醇，提高免疫力，增加淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶活性，减少大肠杆菌和沙门氏菌丰度。茴香籽油作为抗生素生长促进剂的替代品，可改善肉鸡生长性能，调节小肠形态和肠道微生物群，改变小肠转录组谱。补充淫羊藿（Epimedium）提取物可通过调节核心菌属乳酸杆菌来优化肠道微生物组成，增加有益代谢物（乳酸和SCFAs），增强抗氧化能力和肠道屏障完整性。乳酸杆菌是鸡肠道中的优势菌属，主要通过产生乳酸等途径抑制病原菌、增强肠道屏障。直接添加低聚木糖（XOS）、低聚半乳糖（GOS）和阿拉伯半乳聚糖等益生元可改善肠道屏障，调节养分消化率和肠道微生物群。研究表明，低聚半乳糖可加速感染鸡只肠道中沙门氏菌的清除。益生菌预处理可通过调节肠道微生物组，富集毛螺菌科（Lachnospiraceae）和Alistipes水平，抑制Barnesiella丰度，从而减轻鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）诱导的肠道损伤。日粮中添加Anaerostipes caccae CML199可通过丁酸盐驱动的肠-骨轴增强骨骼发育，抵消衰老引起的骨丢失。然而，过量使用饲料添加剂可能产生不良反应，因此应适量添加。
宿主相关因素对肠道微生物组成的影响
肠道区段
鸡肠道分为前肠（十二指肠、空肠、回肠）和后肠（盲肠和结直肠），各区段在养分消化/吸收中扮演不同角色，并拥有特征性的微生物群落。由于小肠内的特定条件（消化酶、pH、胆汁盐），其微生物多样性低于盲肠或粪便，因为能在此生存和定植的细菌种类较少。细菌浓度沿肠道逐渐增加，从十二指肠约105个细胞/克肠内容物到盲肠和直肠的1011–1012个细胞/克。尽管不同鸡种或测序技术可能影响最终检测结果，但后肠微生物多样性远高于前肠的整体趋势是一致的。小肠各段微生物组成大体相似，但仍存在细微差异。乳酸菌属（Lactobacillus）以及Romboutsia和Turicibacter主导小肠微生物群，其中乳酸菌约占微生物总数的80%，可能通过促进淀粉降解产生乳酸，对有害菌的生长繁殖起拮抗作用。此外，前肠中放线菌门的平均相对丰度是后肠的两倍，而后肠中拟杆菌门的平均相对丰度是前肠的六倍。家禽大肠中常见的微生物包括厚壁菌门、拟杆菌门、Faecalibacterium、Anaerotruncus和变形菌门，它们通过互利共生促进宿主发酵，分解某些有害物质，抑制大肠杆菌和肠球菌（Enterococcus spp.）等病原菌的生长定植，从而维持宿主微生物的动态平衡。盲肠因其独特的严格厌氧、恒温且持续供应营养的环境而不同于其他生态位点，因此研究人员常通过收集盲肠或粪便样本研究鸡肠道微生物群。
年龄
鸡肠道微生物群的结构与其生长发育阶段密切相关。与哺乳动物不同，鸡的胚胎发育与母体隔离，因此肠道微生物发育过程受母体效应影响较小。研究表明，早期胚胎中的一些微生物定植者来源于母鸡，输卵管微生物群似乎通过蛋清传递给胚胎。肠道微生物在胚胎发育过程中动态变化，此阶段核心微生物群包括苍白杆菌属（Ochrobactrum）、叶杆菌属（Phyllobacterium）和拟无枝酸菌属（Amycolatopsis）。早期细菌定植者主要是需氧菌和兼性厌氧菌；随着氧气耗尽，这些细菌逐渐被厌氧菌取代。尽管细菌和真菌的绝对丰度在7日龄时达到稳定，但鸡肠道微生物群的组成和功能可能仍在变化。肉鸡肠道微生物群演替的第一步是链球菌（Streptococcus）、志贺氏菌（Shigella Castellani）以及肠道菌株的快速定植或垂直传播；第二步是梭菌目（Clostridiales）从4日龄开始快速生长；最后是基于梭菌纲（Clostridia）的芽孢杆菌目（Bacillales）和假单胞菌目（Pseudomonadales）从10日龄开始逐渐出现。肉鸡肠道微生物群的成熟期为15–22天，之后保持稳定。尽管不同鸡种肠道微生物群的发展存在一定差异，但随着日龄增长，微生物群结构趋于进一步稳定，优势菌厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门的相对比例随发育呈现阶段性变化。
品种
宿主品种是影响肠道微生物组成的因素之一。在对高或低56日龄体重的宿主进行选育过程中，发现190个微生物组中有29个受品系影响，主要是在属水平上，如乳酸杆菌、乳酸球菌（Lactococcus）、梭菌（Clostridium）、链球菌和芽孢杆菌（Bacillus）。在肥胖系和瘦肉系的选育过程中也获得了类似结果。此外，蛋鸡（罗马鸡）盲肠中厚壁菌门的丰度高于肉鸡（爱拔益加，AA），而拟杆菌门占绝对优势。为适应不同的生活环境，鸡具有不同的肠道微生物结构。研究发现，贪铜菌属（Cupriavidus）和Candidatus Bacilloplasma分别是高海拔（藏鸡）和低海拔（梅花鸡、徐海鸡）环境下的独特微生物群落。藏鸡需要增加宿主能量和糖生物合成以适应低氧和高辐射等极端环境；被引入平原后，其肠道微生物群的组成和多样性发生改变以适应新环境。地方品种鸡与商业快大型肉鸡之间的风味/肉品质与生长速度/经济效益的权衡冲突可能与肠道微生物群有关。例如，印度本土鸡种Aseel的肠道微生物群以拟杆菌门（44%）为主，厚壁菌门（43%）次之；而全球商业肉鸡品系Ven Cobb 400则以厚壁菌门（81%）为主，拟杆菌门（6%）次之。此外，地方品种后肠微生物群的物种丰富度和复杂性显著高于肉鸡品系，这可能是地方品种具有更优化抗逆性的原因之一。而且，地方品种表现出更好的肠道黏膜免疫。
遗传力
遗传力（h2）是衡量宿主遗传对表型变异贡献的关键指标。近期研究表明，鸡肠道微生物组中的某些分类单元表现出低至中等的遗传力。例如，对714只洛岛红纯种母鸡的376个属进行遗传力分析发现，检测率≥30%的属占微生物群落总序列的98.43%。此外，有51个微生物物种的检测率在30%至60%之间，50个菌株超过60%。值得注意的是，志贺氏菌（Shigella）、粪肠球菌（Enterococcus faecalis）、Candida stolonifer、Clostridium anaerobum和产气荚膜梭菌的遗传力估计值≥0.1。这表明虽然环境因素是塑造肠道微生物组的主要因素，但宿主遗传在其发育中也起着至关重要的作用。进一步在属水平上对705只鸡进行分析，发现检测率≥30%的属代表了整体肠道微生物组成，并鉴定出69个具有显著遗传力的属，主要来自厚壁菌门和变形菌门。然而，鸡肠道微生物组的整体遗传力仍然较低。
微生物数量性状位点（miQTL）与候选基因
全基因组关联分析（GWAS）是识别与微生物丰度或多样性指数相关的宿主遗传变异位点（SNPs）的强大工具。通过16S rRNA测序获得的微生物群落或属水平丰度数据通常作为数量性状，与鸡的高密度SNP芯片数据进行关联分析。一项基于SNPs、插入/缺失和结构变异的宏基因组全基因组关联分析（mGWAS）揭示，鸡肠道微生物组成受多个遗传变异以及宿主遗传与肠道微生物之间相互作用的调节。宿主基因组学在调节微生物组组成中起着关键作用。通过对不同品种和性别鸡的肠道微生物进行16S rRNA测序和GWAS分析，发现28个SNPs与5个属的相对丰度相关。在计算属水平肠道微生物遗传力后，通过GWAS鉴定出与这些属显著相关的SNPs，强烈证明肠道微生物受宿主遗传影响。宿主遗传因素在不同肠道区段中度地塑造肠道微生物组成。例如，盲肠Christensenellaceae表现出最高的遗传力（0.365），检测率为100%，受环境影响小。另一项GWAS研究在高低体重群体中发现了两个与甲烷杆菌（Methanobacterium）显著相关的位点。对鸡白痢沙门氏菌（Salmonella gallinarum biovar Pullorum）阳性（P）和阴性（N）鸡进行的mGWAS分析揭示了大量与细菌属显著相关的SNPs。这些结果证实宿主遗传在塑造肠道微生物多样性中起关键作用。
尽管GWAS已鉴定出许多与微生物丰度显著相关的miQTLs，但在鸡中经过功能验证的候选基因相对较少。目前研究主要涉及对显著miQTL区域内基因进行功能注释和富集分析，并结合其他物种的已知机制提出合理假设。例如，在大骨鸡高体重组和低体重组的十二指肠样本中发现了7个差异表达基因（DEGs），这些基因与8个不同的微生物群相关。空肠样本中18个DEGs与27个微生物群相关。回肠样本中6个DEGs与2个微生物群相关。盲肠样本中8个DEGs与29个微生物群相关。研究发现，LDAH和APOB基因的显著位点与葡萄球菌（Staphylococcus）相关，而TOX2的显著位点与韦荣球菌（Veillonella）相关。候选基因如EHBP1、CEP68、COPS9和EED与奈瑟菌（Neisseria）相关。与SUCLA2、TNFSF13B和SERTM1显著相关的SNPs是与甲状腺球蛋白家族丰度相关的潜在致病基因，与MARVELD3显著相关的SNPs与肠球菌（Enterococcus）回肠丰度相关。研究证实，与ASV38-Megamonas、ASV142-Salamimonas salanitronis DSM 18170和ASV45-Rikenellaceae RC9 gut group相关的位点位于CDH11和CDH6内。ASV26-Bacteroides sp. Marseille P3166与ADAM17内的SNPs以及JAM2和PTPRO附近的位点相关。ASV9-Bacteroides sp. Marseille P3166与GATA3附近的位点相关。研究发现，GGA5上的SNPs与Facklamia关联最显著，Gallipleras（变形菌）与25个基因相关，Victivallis（黏胶球形菌门）和Phascolarctobacterium分别与16个和11个基因相关。鉴定出17个与肠道微生物丰度相关的候选基因，其中一些也参与宿主生长、发育和免疫系统调节，如RELN、LUM和SCAPER。总之，当前研究中鉴定的候选基因主要参与免疫调节和代谢途径等生物过程，这些基因通过改变肠道微环境影响微生物定植。
表观遗传修饰
肠道微生物群与宿主在基因表达调控、代谢物产生和表观遗传学方面密切相关。研究发现，胚胎发育早期对肠道微生物群的刺激可以通过表观遗传机制调节鸡的基因表达和甲基化，影响生长和免疫功能。早期微生物刺激对鸡肝脏miRNA表达有显著影响，miRNA参与宿主-益生菌相互作用的分子机制。多组学分析揭示了肠道微生物群在鸡长期人工选择中的作用及其与宿主基因表达和代谢的关联。短链脂肪酸、肠道微生物代谢物与5-羟色胺系统的相互作用影响鸡的行为。早期微生物刺激可调节鸡免疫组织中的miRNA表达，有助于免疫功能的调节。了解肠道微生物如何影响表观遗传修饰有助于改善鸡的生长、发育和健康，并为优化家禽养殖提供重要科学依据。
挑战与展望
虽然关于宿主遗传对鸡肠道微生物组影响的研究已取得一定进展，但仍存在多重局限性。首先，环境因素仍然起着重要作用。其次，现有研究依赖的样本量不足。最后，大多数研究依赖于16S rRNA基因测序，难以将宿主遗传变异与特定细菌菌株关联起来。为应对这些挑战，未来应聚焦于大规模合作研究、开发功能验证系统以及进行整合多组学分析。整合地方品种和商业品系进行标准化宏基因组测序可增强统计效力。利用基因编辑技术可了解候选基因如何调节微生物机制，并建立宿主遗传与微生物组之间的因果关系。此外，整合转录组、代谢组和蛋白质组数据有助于构建全面的调控网络。促进研究成果向生产转化也至关重要。
结论
本综述系统回顾了阐明鸡肠道微生物群关键决定因素的最新进展，包括日粮营养素、饲料添加剂、生活环境等环境因素，以及遗传力、日龄、肠道区段等宿主遗传因素。讨论强调了与鸡肠道微生物群相关的miQTLs和候选基因；LDAH和APOB基因与葡萄球菌相关，TOX2的显著位点与韦荣球菌相关，RELN、LUM和SCAPER与肠道微生物丰度相关并参与宿主生长、发育和免疫系统调节。进一步阐明宿主基因影响鸡肠道微生物组的机制无疑将为通过遗传方法改善鸡肠道微生物组健康和生产性能开辟新途径。
