研究生畜牧学读书报告课件

1、Linking perturbations to temporal changes in diversity, stability, andcompositions of neonatal calf gut microbiota: prediction of diarrhea将新生犊牛肠道微生物菌群的多样性、稳定性及组成随日龄变化与干扰联系起来对腹泻进行预测ISME IF=9.4目录MU LU研究背景结果材料和方法结论1234研 究 背 景01Background1、研究背景对缺乏免疫能力的幼小动物来说，由于免疫系统不发达，所以特别容易感染各种疾病，比如腹泻。1、研究背景抗生素被广泛用于预防和

2、治疗常见的疾病据报道，在小鼠和人的生命早期，抗生素对微生物群的干扰会对宿主免疫功能产生长期的负面影响。1、研究背景抗生素治疗反刍动物类似疾病会使粪便微生物多样性减少（Oikonomou，2013），但尚不清楚微生物多样性的减少是由于抗生素治疗还是由于疾病本身引起的。假设：腹泻或使用抗生素治疗腹泻后可能会影响肠道微生物群的多样性，稳定性及功能发生变化。2、研究目的 研究健康与腹泻犊牛肠道微生物群组成的差异，用来预测腹泻的发生，为早期治疗提供依据，以减少抗生素的使用。材 料 和 方 法02Materials and Methods1、试验设计加拿大当地农场的84头初生犊牛（不含抗生素）CONSCB

3、 试验期56天 CON-H2H 7天 14天 21天 42天 56天 -20立刻储存（代乳粉：63%的脱脂奶粉，粗蛋白260克/公斤，粗脂肪160克/公斤，干物质代谢能19.2 MJ/公斤） CON-R2H CON-S2H SCB-H2H SCB-R2H SCB-S2H每天加5g布拉氏酵母菌2、犊牛分组信息3、DNA提取、PCR扩增和测序从粪便样品中提取总DNA16S rRNA基因的V1-V3高变区进行扩增,对扩增子测序QIIME2compatible SILVA 132数据库（对比分类）QIAME 2中的“q2-picrust2”插件预测了微生物功能(蛋白质编码基因)4、数据统计对Shann

4、on指数、BrayCurtis距离、每组内的衰减和缓冲值的变化使用非参数Friedman检验进行评估。Shannon指数的变异系数使用非参数的KruskalWallis检验评估指数、粪便细菌属的相对丰度和三组犊牛每日龄的预测基因，并基于MannWhitney U检验进行多重比较。使用Benjamini-Hochbert算法，将每个测试的多重比较的P值调整为错误发现率。显著差异在P0.05时出现，趋势在0.05 P0.10时出现。结果03Discussion1、评估微生物多样性使用QIIME2中的“多样性”插件计算Shannon指数H2H：在21日龄(P= 0.029)、42日龄(P= 0.02

5、9)和56日龄(P= 0.030)时Shannon指数显著高于7日龄R2H：在21日龄(P =0.002)、42日龄(P=0.005)和56日龄(P= 0.002)时Shannon指数显著高于7日龄和14日龄S2H：42日龄时的Shannon指数显著高于7日龄时的Shannon指数(P= 0.006)。（三组CON犊牛）1、评估微生物多样性使用QIIME2中的“多样性”插件计算Shannon指数R2H犊牛Shannon指数的变异系数显著高于S2H犊牛(P =0.024)1、评估微生物多样性在H2H (P= 0.014)和R2H (P 0.001)犊牛中，42天与21天之间的Bray-Curti

6、s距离明显低于14天与7天之间距离。S2H犊牛56天与42天之间的Bray-Curtis距离显著低于14天与7天之间的距离(P= 0.014)。Bray-Curtis距离：比较两个群落微生物的组成差异2、评估微生物稳定性的时间变化分类群功能稳定性：群落分类组成的变化将影响其功能能力的程度。用于评估微生物的稳定性。为了比较群落间分类群功能的稳定性，模拟了每个群落分类组成的不同干扰f：功能能力的预期变化 ；t：模拟分类干扰的幅度；a(衰减）：描述随着干扰的增加，功能变化的幅度迅速增加b(缓冲)：表明在较小的分类干扰下功能转移被抑制的程度 微生物群的时间稳定性通过衰减和缓冲值进行评估2、评估微生物稳

7、定性的时间变化衰减被定义为与响应曲线斜率成反比。衰减和缓冲值越高，微生物群的稳定性越高。2、评估微生物稳定性的时间变化H2H：21日龄(P 0.001)，42日龄(P 0.1%且存在于每个日龄组样本中一半以上)H2HR2HS2H4、肠道微生物群分类组成在7、21或56日龄的三组犊牛中，没有观察到任何细菌属的相对丰度差异。(P = 0.058图a) 布鲁氏菌（Blautia）大肠杆菌-志贺氏菌（EscherichiaShigella） (P = 0.067图b)未分类乳球菌属（Ruminococcaceae）P = 0.021图c)5、预测蛋白编码基因基于PICRUSt2的结果，与-内酰胺类耐药

8、相关的三种预测蛋白编码基因的相对丰度，包括“bla调节蛋白blar 1”(K02172)，“青霉素结合蛋白1”(k 12552)和“青霉素结合蛋白3”(k 12553)，以及一个预测的与阳离子抗微生物肽抗性相关的基因“金霉素”(K01401)，在56日龄的犊牛之间存在显著差异。5、预测蛋白编码基因(P= 0.007和0.034)(P= 0.012和0.036)(P= 0.012和0.035)(P =0.014和0.035)6、小结布鲁氏菌（Blautia）可以产生丁酸盐调节免疫系统，是维持肠道健康的主要的SCFA（短链脂肪酸）之一。大肠杆菌-志贺氏菌（EscherichiaShigella）

9、被广泛认为是引起牛腹泻的主要病原体。尽管H2H小牛和S2H小牛在任何年龄的任何细菌属的相对丰度没有差异。但与H2H小牛相比，在S2H检测到与抗生素耐药性相关的预测基因的相对丰度更高，这表明微生物群对抗菌药物的反应可能不一定发生在组成水平，而是发生在功能水平7、肠道微生物群中与疾病发病相关的标志性细菌的预测21个细菌属的相对丰度在采样日之间没有变化，建模后区分“健康”和“不健康”微生物群(AUC = 0.713)基于三重交叉验证，它揭示了这21个细菌属中的6个，包括真核菌属、链球菌属、多雷氏菌属、未培养的松毛虫属、瘤胃球菌2和丹毒杆菌属，提高了犊牛健康状况的辨别能力(AUC = 0.800)CO

10、N-H2H收集的样本n= 39CON (n=33)和SCB组(n=26)7、肠道微生物群中与疾病发病相关的标志性细菌的预测六种微生物标记物的相对丰度的相对等级与AUC状态的相对等级作图瘤胃球菌2真核菌属链球菌属多雷氏菌属未培养的拉克氏菌属丹毒杆菌属7、肠道微生物群中与疾病发病相关的标志性细菌的预测根据六个细菌标记的剖面作为独立变量，随机森林模型对于预测“健康的”和“不健康的”肠道微生物群的准确性分别为62.0%和84.3%。7、肠道微生物群中与疾病发病相关的标志性细菌的预测未培养的拉克氏菌属(P 0.001)、瘤胃球菌2 (P 0.001)和多雷氏菌属(P=0.025) ，链球菌(P= 0.0

11、10)和丹毒杆菌属(P= 0.093)在“健康”微生物群中的相对丰度较高，而真核菌属(P 0.033)在“不健康”微生物群中趋于较高7、肠道微生物群中与疾病发病相关的标志性细菌的预测真核菌属的等级较低(不健康与健康的对数比为1.74)而丹毒属、乳球菌属2、链球菌属、多雷氏菌属和未培养的松毛虫属具有较高的等级(在“不健康”和“健康”之间的对数比率分别为0.07、0.24、0.36、0.43和1.43)。表明真核菌属在“不健康”微生物群中更普遍，而其他五个细菌属在“健康”微生物群中更普遍。结 论04Conclusion使用抗生素治疗腹泻导致早期肠道微生物群多样性和稳定性的发展暂时延迟在56日龄时与抗生素抗性相关的预测基因的相对丰度增加，这表明抗生素可能会对犊牛的健康产生长期负面影响这项研究显示了利用肠道微生物群预测犊牛腹泻的前景，未来研究微生物组成及功能变化(对抗生素的反应)与犊牛肠道健康之间关系需要进一步研究功能分析(如宏基因组学)来阐明细菌标记物在调节幼龄反刍动物肠道