3-5个月大的牦牛犊肠道中的转录组构建及微生物演替模式

《BMC Veterinary Research》：The transcriptome construction and microbial succession pattern in the intestinal tract of 3–5 month-old yak calves

　　

摘要

本研究旨在探讨不同年龄阶段牦牛犊的肠道发育过程。选取了21头来自同一出生批次的健康雄性牦牛犊作为研究对象，它们的年龄为60±3天，体重约为40公斤。采用横断面抽样设计来研究年龄对肠道发育的影响。实验对牦牛犊进行了三个不同发育阶段的采样：3个月大时（BL组，n=7头）、4个月大时（B组，n=7头）以及5个月大时（AL组，n=7头）。这些组别代表不同的发育阶段，而非不同的饮食处理方式。所有组别均喂食等量的代乳粉和基础饲料，并在摄入粗饲料前补充精料。实验饲料由代乳粉、苜蓿干草（粗饲料）和启动饲料（精料）组成，其中精料与粗饲料的比例为3:7。适应期为20天，实验持续时间分别为BL组30天、B组60天、AL组90天。每个实验阶段结束后，随机选取5头牦牛犊进行屠宰采样。通过对肠道组织形态、微生物群落及基因表达谱的分析，研究了牦牛犊的年龄依赖性肠道发育情况。利用16S rRNA测序和转录组学方法，对3个月、4个月和5个月大时空肠、回肠、盲肠及结肠的微生物变化进行了表征，并分析了空肠中的基因表达差异。通过GO和KEGG富集分析进一步探讨了差异表达基因的功能，其中8个代表性基因通过定量实时PCR得到了验证。研究结果表明，不同肠道部位的发育模式存在差异：大肠的功能成熟早于小肠；结肠从3个月大起就表现出相对稳定的微生物和消化特性，而盲肠则经历了持续的微生物更替过程，其纤维降解能力有所增强。相比之下，空肠和回肠的微生物群落显示出与年龄相关的动态变化。Tax4Fun分析显示，空肠中的微生物功能潜力在发育过程中发生了显著变化，尤其是在与代谢和生物合成相关的途径上。转录组分析表明，空肠基因表达的变化主要涉及上皮细胞发育、免疫调控和细胞分化。在差异表达基因中，ROS1及 several 免疫相关基因可能对空肠的成熟和免疫发育起到重要作用。总之，本研究揭示了牦牛犊早期肠道发育过程中形态、微生物及转录方面的协调变化。将微生物组学与转录组学分析相结合，为理解肠道成熟机制提供了新见解，并为优化断奶前后的营养管理提供了理论依据。