鹅肠道微生物多样性与纤维素分解功能相关性及其与宿主互作机制研究

Goose is famous for coarse feed, fast growth and high economic benefits and therefore its physiological characteristics of nutrition, especially the mechanism of utilizing high fiber diet and digestive tract microecology, has become a research hotspot. In this project, methods including animal molecular microecology, molecular nutrition and molecular biology will be used. PCR-DGGE will be used to investigate the gut microbial diversity and through analyze the relationship between composition of microbiome and dynamic change of cellulose decomposition, and therefore seek the potential covariance. Orthogonal partial least square (OPLS) will be used to identify the crucial functional bacteria in cellulose decomposition using multivariate statistical methods and then establish fast molecular detection system for crucial functional bacteria, finally, construct and optimize the bacterium for high-efficiency cellulose decomposition. Metabonomic technique (1H NMR) will also be used to investigate the interaction mechanism between digestive tract content, metabolites composition in feces and the crucial functional bacterium, finally, achieve the quick start and stable operation of fiber decomposition system which will lays theoretical and practical basis for efficient transformation and utilization of cellulose.

鹅以耐粗饲、生长速度快、经济效益高著称。因此开展鹅营养生理特点尤其是对高纤维饲料消化利用机理、鹅消化道微生态环境研究成为热点。本项目围绕"纤维分解功能菌系、肠道微生物区系与宿主的互作"这一主题，运用宏基因组学结合变性胶梯度电泳（PCR-DGGE）指纹图谱技术探讨鹅肠道微生物组的组成与纤维素分解动态变化规律相关性，确定纤维素分解过程中关键功能菌，建立关键功能菌快速分子检测系统；采用生物强化技术，定向构建和优化高效纤维分解菌系；运用基于1H NMR代谢组学技术，确定消化道内容物中的代谢物组成与肠道菌群代谢活动之间的关系；通过转录组学获得鹅组织样品中的基因差异表达情况，确定纤维分解菌系在肠道微生物区系响应过程中纤维分解相关功能基因之间的作用网络和生物学通路，分析宿主与纤维素分解关键功能菌系之间潜在的互作机制，最终实现纤维分解系统的快速启动和稳定运行，为实现纤维素高效转化和利用奠定理论与实践基础。

鹅以草食、生长速度快、经济效益高著称，因此鹅的营养生理特点尤其是对高纤维饲料的消化利用机理、鹅消化道中的微生态环境研究成为热点。本研究用动物分子微生态学、分子营养学、分子生物学方法，运用16sRNA测序等技术研究鹅肠道微生物多样性，寻找潜在的共变异；通过多变量数据统计分析，确定纤维素分解过程中关键功能菌，建立关键功能菌快速分子检测系统；采用生物强化技术，通过投加细菌计数分析及鹅肠道微生物多样性对比分析，定向构建和优化高效纤维分解菌系；运用1H NMR代谢组学技术探讨鹅消化道内容物和粪便中的代谢物组成与肠道菌群代谢活动之间的关系；通过转录组学技术获得鹅组织中基因差异表达情况。结果表明，日粮纤维类型和水平对鹅肠道菌群结构有显著影响，苜蓿组回肠中细菌多样性指数显著高于玉米秸秆组，十二指肠、空肠和盲肠中细菌门类数量均显著低于玉米秸秆组，以苜蓿为纤维源的日粮可显著增加鹅肠道细菌种类。分离筛选出8株分解纤维能力较强的纤维素分解菌（胶质类芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、解纤维梭菌、溶血性葡萄球菌、绿脓假单胞菌），并筛选出最佳组合为绿脓假单胞菌和蜡样芽胞杆菌。生物强化实验结果表明，口服纤维素分解菌可提高鹅粗纤维消化率、日增重、料肉比。转录组结果表明，不同纤维素水平日粮可显著改变宿主的代谢途径。代谢组结果表明，短链脂肪酸的相对浓度随着纤维水平的升高而降低，且6%纤维水平组显著高于其他纤维水平组。项目研究结果为实现纤维素高效转化和利用奠定了理论与实践基础。