乌蒙猪与杂交后代肠道微生物组特征解析及其对营养代谢与免疫调节的机制研究

　　本研究通过16S rDNA测序和PICRUSt2功能预测，系统比较了纯种乌蒙猪与伯克夏杂交猪的肠道菌群差异，发现杂交猪盲肠微生物α/β多样性显著改变，益生菌属（如Prevotella、Ruminococcus）富集，代谢通路（如色氨酸合成、半乳糖醛酸代谢）活性增强，揭示了杂交优势的微生物机制，为本土猪种遗传改良提供新靶点。

　　

1 引言

乌蒙猪是中国四川省特有的大型晚熟地方猪种，以其长吻特征和强适应性著称，包括抗应激、耐粗饲、高瘦肉率和优异繁殖性能。历史上因商业化品种推广曾濒临灭绝，直至第三次全国畜禽遗传资源调查才被重新认定。其肠道微生物作为表型调控的关键因素，此前缺乏深度研究。肠道菌群通过发酵不可消化多糖产生短链脂肪酸（SCFA），作为能量源和信号分子调节能量稳态、脂代谢与食欲。微生物代谢物（如SCFA和神经递质）通过免疫细胞互作介导肠-脑轴神经免疫交流，而共生微生物（如Faecalibacterium和Roseburia）通过抗炎机制（如IL-10诱导和NF-κB抑制）强化肠道屏障完整性。功能空间分区显著：回肠作为营养吸收和免疫监视场所，以兼性厌氧菌（如Lactobacillus和Streptococcus）为主；盲肠作为发酵中心，以严格厌氧菌（如Bacteroides、Prevotella和Clostridia）主导纤维消化。本研究首次深度解析乌蒙猪肠道菌群的结构与功能潜力。

2 材料与方法

选用6头纯种乌蒙去势公猪和6头乌蒙（母本）×伯克夏（父本）杂交去势公猪，相同环境（温度22±2°C，湿度65±5%）和标准玉米-豆粕日粮喂养。屠宰后采集回肠和盲肠内容物，液氮速冻存于-80°C。通过Illumina NovaSeq平台进行16S rDNA V3-V4区测序（引物515F/806R）。使用QIIME2进行ASV生成、系统发育树构建和多样性分析（Chao1、Shannon、Bray-Curtis），SILVA 138数据库进行属级分类，PICRUSt2进行功能预测。下游统计采用R语言，包括LEfSe生物标志物识别（LDA>3.0, p<0.05）、网络分析（SpiecEasi, |ρ|>0.6, p<0.001）和DESeq2差异通路分析（FDR<0.05）。

3 结果

3.1 性状统计与数据质量概述

杂交猪（WHZ）体重、半胴体重、体长等生长指标均显著高于纯种（WHC）（p<0.05）。Rank-abundance曲线、物种累积曲线和Shannon深度曲线表明测序数据充分覆盖物种多样性，满足后续分析要求。

3.2 盲肠微生物多样性显著差异

纯种盲肠（CC）与杂交盲肠（ZC）的Chao1和Observed Features无显著差异（p=0.13），但Faith’s PD、Shannon和Simpson指数显示纯种多样性更高（p=0.17）。Bray-Curtis PCoA显示组间群落结构显著分离（p<0.001）。

3.3 回肠微生物多样性比较

回肠中纯种（CI）与杂交（ZI）的Chao1和Observed Features无差异（p=1），但Shannon（p=0.58）和Simpson（p=0.17）指数表明纯种多样性和均匀度更高。PCoA显示组间显著分离。

3.4 盲肠菌群组成与功能生物标志物

核心微生物分析显示CC和ZC共享139个OTU，各自特有23和59个OTU。门水平以Firmicutes和Bacteroidetes为主，ZC的Firmicutes/Bacteroidetes比率高1.8倍。属水平ZC富集Megasphaera（丁酸盐生产）和Prevotella_9（淀粉代谢），CC独有Ruminococcaceae_UCG-005（纤维素降解）。LEfSe鉴定CC标志 taxa包括c_Clostridia、p_Firmicutes，ZC包括o_Bacteroidales、p_Bacteroidota。

3.5 回肠菌群组成与生物标志物

回肠核心OTU中CI和ZI共享146个，各自特有25和81个。Proteobacteria为主导门，ZI中Actinobacteria富集2.3倍。属水平ZI富集Lactobacillus和Streptococcus，CI富集Clostridium_sensu_stricto_1。LEfSe确认Lactobacillus和Bifidobacterium为ZI标志 taxa（LDA>4.2）。杂交盲肠显著富益生菌属如Muribaculaceae、Pyramidobacter、Prevotella、Rikenellaceae_RC9_gut_group、Roseburia、Ruminococcus等。

3.6 盲肠功能与生态动力学

KEGG Level 2显示杂交猪（ZC）碳水化合物代谢通路富集。代谢重构中ZC增强吡啶核苷酸补救（PYRIDNUCSAL-PWY）和半乳糖醛酸代谢（GALACTUROCAT-PWY），CC主导色氨酸合成（TRPSYN-PWY）和胶酸构建（COLANSYN-PWY）。网络分析显示ZC以Prevotella为中心与Prevotellaceae_UCG_001、Lachnospiraceae_NK4A126形成多糖降解联盟，CC以Bacteroides为中心与Parabacteroides、Rikenellaceae_RC9_gut形成蛋白代谢集群。

3.7 回肠功能适应与宿主表型整合

ZI富集碳水化合物和脂代谢，CI富集氨基酸代谢和耐药通路。ZI增强岩藻糖/鼠李糖降解（FUCCAT-PWY, P562-PWY）和多胺合成（PWV-7196, PWV-7184），CI主导芳香化合物降解（PWY-6151, PWY-7228）和辅因子补救（PWY0-162）。表型-菌群相关性显示Lactobacillus丰度与屠宰率正相关，Bifidobacterium与体长相关。网络分析中ZI呈现Lactobacillus-Streptococcus互作简化网络，密度与增重正相关。

4 讨论

杂交猪盲肠和回肠微生物α/β多样性改变，尤其盲肠中纤维降解菌（Prevotella、Roseburia）和益生菌（Muribaculaceae、Lachnospiraceae）富集，支持其通过SCFA强化屏障功能和免疫调节（Th17/Treg平衡）。Firmicutes/Bacteroidetes比率变化符合“能量收获”理论，解释饲料转化效率提升。回肠中色氨酸代谢物（如kynurenine）通过AhR通路增强抗病性。功能分区显示回肠侧重营养吸收（色氨酸合成、半乳糖醛酸代谢），盲肠专注发酵（胶原合成）。网络拓扑中Prevotella和Lachnospiraceae作为杂交猪枢纽菌，提示生态稳定性增强。伯克夏遗传背景通过生长因子（如IGF）和脂肪相关基因（如FABP4）影响菌群。KEGG揭示核心代谢（碳水化合物、氨基酸、能量代谢）主导，兼具环境适应（膜转运、信号转导）和宿主互作（免疫系统、感染性疾病）通路。

5 结论

杂交猪肠道菌群结构改变，益生菌富集和代谢功能（氨基酸、维生素、碳水化合物代谢）增强，共同促进营养利用、免疫调节和抗应激能力，阐明了杂交优势的微生物机制。未来需通过宏基因组或代谢组学验证推断功能，并应用于猪育种中健康和效率优化。