2018-10-18
正文
最近，派森诺生物与吉林农业大学合作，在《PeerJ》（影响因子2.118）上发表文章，利用高通量测序技术，研究不同光照时长处理下，鸡盲肠微生物群落的结构与功能变化。
研究背景
光照周期是生物体每天暴露在光照下的相对时长，影响着禽类和哺乳动物行为、繁衍、免疫等方面的活动。动物通过调整它们的生理和生殖状态来适应光照周期的改变。有文章指出，延长鸡的光照周期可以降低其骨骼疾病的发病率，并增加鸡的体重。通过先缩短再延长光照周期，可以使鸡在幼年时生长减慢，成年后生长加快。光照周期还可以影响鸡的生殖机制，延长光照周期可以促进家禽性腺的发育。相比暴露于长日照的鸟类，暴露于短日照的鸟类的促性腺激素抑制激素的表达更高。
研究发现，光照周期在鸟类生理学的各个方面发挥了许多作用，但对于光照周期和鸟类肠道微生物关系的研究尚不充分。因此，本文研究光照周期与鸡肠道微生物菌群结构和功能特性具有科学意义。
研究目的
1、揭示不同光照周期对鸡盲肠的菌群结构和功能的影响。
2、探究不同光照周期影响下鸡盲肠菌群功能的差异。
研究方法
测序技术：Illumina MiSeq高通量测序平台
测序模式：微生物组细菌16S rRNA V4-V5区测序
实验对象：不同光照时长处理5周后的鸡的盲肠
实验设计：将120只20周龄的公鸡分成3组（每组40只）进行培养。使用照明强度为30勒克斯的60W白炽灯作为光源，将其固定在鸡头部上方。所有公鸡都在大约25周龄时被屠宰，从每组随机选择7只鸡，收集其盲肠内容物用于高通量测序。分组方式和光照时长如表1所示。
表1 分组及处理方式
处理方式 | 重复数 | |
CTR | 12.5h光照，11.5h黑暗 | 7 |
SD | 16h光照，8h黑暗 | 7 |
LD | 8h光照，16h黑暗 | 7 |
研究结果
1. 从alpha和beta多样性比较光照时间长短的差异
当比较chao1指数时，CTR和SD组之间存在显着差异。从NMDS聚类分析结果看，SD组LD之间差异不明显，但它们和CTR组之间差异明显。
表2 三组样本的alpha多样性指数差异比较
图1 三组样本的NMDS聚类分析
2. 三组样品的菌群在门水平上的丰度和显著性差异分析
在门水平上丰度最高的细菌是Firmicutes，其次是Bacteroidetes，对于Actinobacteria、Cyanobacteria、Deferribacteres、Fusobacteria、Proteobacteria这五类细菌，三组样本之间存在显著差异。
图2 门水平上的微生物组成分布图
图3 门水平上组间差异最显著的5个细菌门
3. 通过属水平分析，研究光照周期与鸡传染病的关系
图4、5、6是三组样品的菌群在属水平上的丰度和显著性差异分析，可以看出，短时间光照（LD）可以显著增加Aeriscardovia和革兰氏阴性菌Delftia的丰度，据报道它与传染病有关，长时间光照（SD）会显著增加革兰氏阳性乳球菌Lactococcus的丰度，它可用于预防传染病。
图4 属水平上的微生物组成分布图
图5 属水平上组间差异最显著的18个细菌属
图6 属水平群落组成热图
4. 菌群功能预测差异分析
三组样本在细胞进程（Cellular Processes）这一通路中存在差异，尤其在细胞运动这一子通路中CTR组显著低于另外两组。但在其他子通路中不存在显著差异。对样品代谢的分析表明，与SD和LD组相比，CTR组中样本的碳水化合物代谢增强。
图7 细胞进程的菌群功能预测差异分析
图8代谢相关的菌群功能预测差异分析
结论
本文研究不同光照时长处理下，鸡盲肠微生物群落的结构与功能变化。最终得出结论，光照周期影响鸡肠道中特定细菌的丰度，从而导致鸡肠道微生物菌群功能特性的差异。短光照周期增加了与鸡肠道传染病相关的细菌丰度，而长周期可以增加预防肠道传染病的细菌丰度。
本研究的测序和数据分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
文章索引
Wang J, Nesengani L T, Gong Y, et al. 16S rRNA gene sequencing reveals effects of photoperiod on cecal microbiota of broiler roosters:[J]. PeerJ, 2018, 6(11):e4390.
原文链接：https://peerj.com/articles/4390/
