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肠道微生物群落的宿主遗传学和疾病复原力

加拿大加裕 2021-12-14

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养猪生产中许多不同组成部分驱动盈利能力。有人认为,生猪业务中出售的全价值生猪数量可能是影响盈利能力的最大因素。

肠道微生物群落的宿主遗传学和疾病复原力

 

养猪生产中许多不同组成部分驱动盈利能力。有人认为,生猪业务中出售的全价值生猪数量可能是影响盈利能力的最大因素(Boyd, 2012)。

 

  猪的死亡率是生猪销售量的一个重要因素,猪的疾病不仅对猪的死亡率有重要影响,而且对猪的质量也有重要影响。其他研究也认为,养猪生产中的疾病持续降低产量并降低盈利能力(VanderWaal和Deen, 2018)。

 

  治疗费用昂贵,疫苗也不是100%有效。因此,对猪来说,通过受到更少的影响或更快地从疾病引起的感染中恢复过来,在应对疾病挑战方面具有更高的基因优势似乎是有益的。疾病的经济影响很高(Cornelison et al, 2018),将复原力指标引入猪育种目标将增加生产商的利润。

 

  影响疾病复原力的机会在于研究猪肠道系统的微生物群落,也被称为猪肠道微生物组。Kamada和他的同事(2013)回顾了肠道微生物群、猪本身和肠道环境之间存在着错综复杂的有益关系网络。这一网络的探索才刚刚开始。

 

  外部因素可以影响现有微生物种群的类型和大小,如果关系变得不平衡,这些因素可以改变其中任何一个微生物的适合度。例如,改变营养和抗生素的使用会扰乱微生物网络,导致有害病原体在曾经由有益细菌平衡的肠道环境中定植。因此,进一步了解微生物如何有利于猪的健康和福利有助于应对疾病挑战。

 

  与微生物组相关的一个感兴趣的领域是量化宿主(猪)对微生物组组成的遗传控制,并确定组成与疾病复原力之间的关系。以前的研究已经确定了存在的细菌类型和丰度之间存在的差异:

 

Estelle和同事(2014)发现了个体间某些细菌类型丰度的遗传成分,根据属类型的不同,从极低(0.0)到极高(0.82)不等。非零遗传率的估计表明猪的基因实际上在微生物组的组成中扮演着重要的角色。

 

Chen和他的同事(2018年)随后将报告一项独立的估计,细菌丰度的遗传率估计高达0.56。

 

此外,Estelle的小组发现某些属类型之间存在很强的遗传相关性,表明它们之间存在共生关系。

 

微生物对生产性能影响的其他证据表明,阴道微生物组对繁殖性能(断奶前死亡率和断奶仔猪数量)的影响可能大于宿主遗传(Sanglard et al, 2000)。

 

  综上所述,这些发现表明了微生物组在表型形成中的潜在重要性,以及宿主(猪)在微生物组组成中的遗传作用。

 

肠道微生物群落的宿主遗传学和疾病复原力

 

  有证据表明宿主遗传学在肠道微生物种群组成中发挥作用,下一步相关的是考虑有利于猪健康和生产力的微生物组组成的遗传选择。

 

  有早期证据表明,从血液成分中测量的免疫性状与现有微生物群的类型具有遗传相关性(Estelle et al, 2014)。

 

  微生物组还涉及到影响疫苗反应效率。在人类和小鼠种群中,以及在地理上分离的人类种群之间,已经记录了个体遗传变异(Lynn和Pulendran 2017)。最近的一个猪的例子也假设了肠道微生物组对疫苗功效的影响(Munyaka等人,2020年),他们在将猪肺炎支原体疫苗反应与接种前微生物组组成联系起来时证实了一种表型关系。在他们的发现中,某些属类型的丰度可以比其他种类更好地预测疫苗的效果。

 

  这些结果,再加上宿主遗传对猪肠道微生物组影响的证据,为通过遗传选择有利的猪肠道微生物组进一步提高自然疾病复原力提供了真正的机会。

 

  加裕公司通过参与2014年加拿大基因组大规模应用研究项目参与了这项研究。关于迄今为止的微生物组研究,对幼猪的微生物组测量可以潜在地预测它们的疫苗反应结果——从而与免疫和潜在的疾病易感性有关。

 

  参考文献:

 

  Boyd, 2012. 科学与实践相结合并正确运用。 农业统计数据有限公司, 2011年3月报告。

 

  Chen C, Huang X, Fang S, Yang H, He M, Zhao Y. and Huang L. 2018. 寄主遗传对猪盲肠腔和粪便微生物组成变化的贡献。 微生物学前沿。 9:2626. doi: 10.3389/fmicb.2018.02626

 

  Cornelison A.S, Karriker L.A, Williams N.H, Haberl B.J, Stalder K.J, Schulz L.L, Patience J.F. 2018. 商业条件下健康挑战对猪生长性能、胴体特性和净收益的影响, Translational Animal Science, 2(1):50-61. https://doi.org/10.1093/tas/txx005

 

  Estelle J, Mach N, Ramayo-Caldas Y, Levenez F, Lemonnier G, Denis C, Dore J, Larzul C, Lepage P, Rogel-Gaillard C. and the Sus_Flora consortium. 2014. 宿主遗传学对猪肠道菌群组成的影响及其与免疫性状的联系。 第十届世界畜牧生产遗传学大会论文集。

 

  Kamada, N, Chen, G, Inohara, N, Nunez G. 2013. 通过肠道菌群控制病原体和致病菌。 自然免疫学14, 685–690. https://doi.org/10.1038/ni.2608

 

  Munyaka PM, Blanc F, Estellé J, Lemonnier G, Leplat JJ, Rossignol MN, Jardet D, Plastow G, Billon Y, Willing BP, Rogel-Gaillard C. 2020. 猪支原体肺炎疫苗反应效率预测因子的发现:16S rRNA基因粪便微生物区系分析。 Microorganisms. 8(8):1151. doi: 10.3390/microorganisms8081151.

 

  Sanglard L.P, Schmitz‐Esser S, Gray K.A, Linhares D.C.L, Yeoman C.J, Dekkers J.C.M, Niederwerder M.C, Serao N.V.L. 2019. 研究阴道微生物群与寄主遗传的关系及其对商品场后备母猪免疫反应和产仔性状的影响。 动物育种与遗传学杂志。 00: 1–19. https://doi.org/10.1111/jbg.12456

 

  VanderWaal K. and Deen J. 2018. 猪传染病的全球趋势。 美国国家科学院院刊。 115(45) 11495-500.

 

  References: 

 

  Boyd, 2012. Integrating Science into Practice and Getting it Right. Agri Stats Inc, March 2011 report.

 

  Chen C, Huang X, Fang S, Yang H, He M, Zhao Y. and Huang L. 2018. Contribution of Host Genetics to the Variation of Microbial Composition of Cecum Lumen and Feces in Pigs. Frontiers in Microbiology. 9:2626. doi: 10.3389/fmicb.2018.02626

 

  Cornelison A.S, Karriker L.A, Williams N.H, Haberl B.J, Stalder K.J, Schulz L.L, Patience J.F. 2018. Impact of health challenges on pig growth performance, carcass characteristics, and net returns under commercial conditions, Translational Animal Science, 2(1):50-61. https://doi.org/10.1093/tas/txx005

 

  Estelle J, Mach N, Ramayo-Caldas Y, Levenez F, Lemonnier G, Denis C, Dore J, Larzul C, Lepage P, Rogel-Gaillard C. and the Sus_Flora consortium. 2014. The influence of host’s genetics on the gut microbiota composition in pigs and its links with immunity traits. Proceedings, 10th World Congress of Genetics Applied to Livestock Production.

 

  Kamada, N, Chen, G, Inohara, N, Nunez G. 2013. Control of pathogens and pathobionts by the gut microbiota. Nature Immunology 14, 685–690. https://doi.org/10.1038/ni.2608

 

  Munyaka PM, Blanc F, Estellé J, Lemonnier G, Leplat JJ, Rossignol MN, Jardet D, Plastow G, Billon Y, Willing BP, Rogel-Gaillard C. 2020. Discovery of Predictors of Mycoplasma hyopneumoniae Vaccine Response Efficiency in Pigs: 16S rRNA Gene Fecal Microbiota Analysis. Microorganisms. 8(8):1151. doi: 10.3390/microorganisms8081151.

 

  Sanglard L.P, Schmitz‐Esser S, Gray K.A, Linhares D.C.L, Yeoman C.J, Dekkers J.C.M, Niederwerder M.C, Serao N.V.L. 2019. Investigating the relationship between vaginal microbiota and host genetics and their impact on immune response and farrowing traits in commercial gilts. Journal of Animal Breeding and Genetics. 00: 1–19. https://doi.org/10.1111/jbg.12456

 

  VanderWaal K. and Deen J. 2018. Global trends in infectious diseases of swine. Proceedings of the National Academy of Sciences. 115(45) 11495-500.


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