馮肖然,繆佳辰,葛佳雯,王 卓,韓佳豪,李 宇,嚴(yán) 慧,張英杰,紀(jì)守坤,劉月琴
(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院,河北保定 071000)
瘤胃微生物與羊的營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收和免疫功能有著密切的聯(lián)系。前人研究表明,靶向瘤胃菌群的日糧或添加劑可有效提高羊的飼料轉(zhuǎn)化效率和生長性能,其中核心微生物(如瘤胃厚壁菌門和擬桿菌門)發(fā)揮了主導(dǎo)作用。因此,瘤胃細(xì)菌群落研究可為提高肉羊養(yǎng)殖飼料轉(zhuǎn)化效率和養(yǎng)殖效益提供重要保障。高通量測序技術(shù)具有低成本高精度分析的特點,利用該技術(shù)已對羊瘤胃菌群進(jìn)行了廣泛研究,但瘤胃微生物結(jié)構(gòu)容易受到動物品種、年齡、日糧和健康狀況等多方面的影響,不同研究所報道瘤胃內(nèi)優(yōu)勢微生物的種類和豐度的差異,制約了人們對羊瘤胃菌群結(jié)構(gòu)規(guī)律性的認(rèn)識。Meta分析也稱薈萃分析,可以對前人研究進(jìn)行系統(tǒng)分析和量化綜述,增加統(tǒng)計檢驗效能,對效應(yīng)指標(biāo)的結(jié)果進(jìn)行更準(zhǔn)確、客觀地評估。本文擬采用方差倒數(shù)法Meta分析,獲得羊瘤胃細(xì)菌群落組成中的優(yōu)勢菌豐度,為羊瘤胃菌群研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考。
1.1 文獻(xiàn)檢索 利用知網(wǎng)、維普和萬方中文數(shù)據(jù)庫進(jìn)行文獻(xiàn)檢索,檢索主題詞為羊+瘤胃+菌群、羊+瘤胃+微生物、羊+瘤胃+細(xì)菌,采用高通量測序方法的試驗研究并獲得瘤胃細(xì)菌群落組成的豐度信息,檢索論文發(fā)表時間為1999年6月至2021年3月。
1.2 納入標(biāo)準(zhǔn) ①研究對象為斷奶后至少14 d的羊;②提供了羊品種和健康狀況信息,并且試驗羊健康狀況良好;③以數(shù)據(jù)形式明確給出了羊瘤胃細(xì)菌群落組成門和屬的豐度信息;④統(tǒng)計指標(biāo)完整,包含微生物豐度、試驗動物數(shù)量、統(tǒng)計指標(biāo)變異(SD或SE)信息。
1.3 排除標(biāo)準(zhǔn) ①健康異常的羊;②重復(fù)發(fā)表文獻(xiàn);③綜述或觀點類型文獻(xiàn);④以圖表展示結(jié)果,難以提取定量數(shù)據(jù)文獻(xiàn)。
1.4 數(shù)據(jù)分析 運用R軟件(3.6.3)Meta程序包(4.11-0)采用方差倒數(shù)法進(jìn)行數(shù)據(jù)的Meta分析。利用統(tǒng)計學(xué)異質(zhì)性I和值進(jìn)行判斷數(shù)據(jù)異質(zhì)性,當(dāng)I<25%且>0.1時,認(rèn)為異質(zhì)性較小使用固定效應(yīng)模型(Fixed Effects Models,F(xiàn)EM)分 析;而 當(dāng)I>25%且<0.1時,則認(rèn)為存在異質(zhì)性,采用隨機(jī)效應(yīng)模型(Random Effects Models,REM)分析。通過逐項剔除單一研究數(shù)據(jù),觀測單個研究對整體結(jié)果的影響,評估分析結(jié)果的敏感性,任一項研究數(shù)據(jù)去除后整體結(jié)果改變量均低于5%,則認(rèn)為結(jié)果敏感性低、穩(wěn)健性高。采用Meta程序中bias函數(shù)的Egger法進(jìn)行納入數(shù)據(jù)的偏倚檢測,<0.05認(rèn)為存在顯著偏倚。數(shù)據(jù)采用合并效應(yīng)值和95%CI(置信區(qū)間)表示。
2.1 文獻(xiàn)檢索結(jié)果 本研究共檢索到相關(guān)文獻(xiàn)40篇,通過閱讀文獻(xiàn),與納入和排除標(biāo)準(zhǔn)對比,共保留9篇文獻(xiàn),包括444只試驗羊。數(shù)據(jù)通過Meta方差倒數(shù)法加權(quán)合并后,豐度高于1%的微生物在門水平上有厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形菌門,在屬水平上有普氏菌屬和瘤胃球菌屬。所納入文獻(xiàn)中,厚壁菌門、擬桿菌門和普氏菌屬各31組數(shù)據(jù),放線菌門共20組數(shù)據(jù),變形菌門共27組數(shù)據(jù),瘤胃球菌屬共24組數(shù)據(jù)。納入文獻(xiàn)基本參數(shù)特征見表1。
表1 納入文獻(xiàn)基本參數(shù)特征
2.2 羊瘤胃優(yōu)勢細(xì)菌組成 羊瘤胃中優(yōu)勢菌豐度Meta分析結(jié)果見表2。各種優(yōu)勢菌的豐度在不同研究間存在實質(zhì)的統(tǒng)計學(xué)異質(zhì)性(<0.05,I>25%),采用隨機(jī)模型(REM)進(jìn)行數(shù)據(jù)合并。結(jié)果顯示,在門水平上,羊瘤胃中的優(yōu)勢菌豐度由高到低依次為擬桿菌門43.11%(95%CI:41.26%~44.95%)、厚壁菌門32.24%(95%CI:28.54%~35.39%)、變形菌門3.95%(95%CI:3.25%~4.64%)、放線菌門1.13%(95%CI:0.71%~1.55%);在屬水平上,羊瘤胃中的優(yōu)勢菌豐度由高到低依次為普氏菌屬23.55%(95%CI:20.54%~26.57%)、瘤胃球菌屬2.32%(95%CI:1.88%~2.75%)。敏感性分析表明,單一研究對結(jié)果的改變量均低于5%,表明該結(jié)果具有良好的穩(wěn)健性。偏倚性檢測表明,所納入文獻(xiàn)的厚壁菌門、放線菌門和普氏菌屬不存在發(fā)表偏倚(>0.05),擬桿菌門、變形菌門、纖維桿菌門和瘤胃球菌屬存在發(fā)表偏倚(<0.05)。
表2 羊瘤胃優(yōu)勢微生物在門和屬水平上的相對豐度
3.1 羊瘤胃內(nèi)門水平上優(yōu)勢菌組成 本研究結(jié)果表明,在門水平上厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形菌門為羊瘤胃菌群的優(yōu)勢菌(豐度高于1%),其中擬桿菌門和厚壁菌門占主導(dǎo)地位(豐度高于20%)。但不同研究中優(yōu)勢菌豐度差異較大。董春曉等研究認(rèn)為湖羊瘤胃中厚壁菌門為第一優(yōu)勢菌,而趙夢迪等測定結(jié)果表明擬桿菌門為湖羊瘤胃第一優(yōu)勢菌。厚壁菌門與擬桿菌門的相對含量與宿主能量獲得效率密切相關(guān),厚壁菌門豐度高于擬桿菌門時宿主可更高效地獲得能量,因此日糧結(jié)構(gòu)可能是影響優(yōu)勢菌排序的重要因素。張智安等測定湖羊瘤胃菌群時發(fā)現(xiàn),第一優(yōu)勢菌會隨日糧添加蜜蜂肽水平而發(fā)生改變;馬秀花等研究表明,湖羊日糧中添加甘露寡糖也可以顯著改變優(yōu)勢菌豐度;占今舜等研究指出,湖羊日糧能量提高時厚壁菌門豐度增加而擬桿菌門豐度降低。本研究通過Meta分析結(jié)果表明,羊瘤胃中擬桿菌門預(yù)期豐度為43.11%,為第一優(yōu)勢菌,厚壁菌門豐度為32.24%,為第二優(yōu)勢菌。
3.2 羊瘤胃內(nèi)屬水平上的優(yōu)勢菌組成 本研究結(jié)果表明,在屬水平上羊瘤胃優(yōu)勢菌為普氏菌屬和瘤胃球菌屬(豐度高于1%),其中普氏菌屬占主導(dǎo)地位(豐度高于20%)。普氏菌屬是一類嚴(yán)格厭氧的多形態(tài)桿菌,在瘤胃中分布廣泛,主要發(fā)揮降解纖維素和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的功能。前人報道中盡管均認(rèn)為羊瘤胃中普氏菌屬為第一優(yōu)勢菌,但其豐度差異較大。馬秀花等測定灘羊瘤胃菌群組成時發(fā)現(xiàn),普氏菌屬豐度僅為5%,并受日糧中甘露寡糖含量的影響;而曹琪娜等測定小尾寒羊瘤胃菌群時發(fā)現(xiàn),普氏菌屬豐度可以達(dá)到39%,
也受日糧中-聚谷氨酸含量的影響。可見動物品種和日糧均可顯著影響普氏菌屬豐度。本研究通過Meta分析表明,羊瘤胃中普氏菌屬豐度預(yù)期值為22.85%,95%CI為21.35%~24.35%。
3.3 異質(zhì)性和偏倚來源 前人研究表明,瘤胃菌群既具有易變性也具有穩(wěn)定性。易變性是指宿主基因型、生理階段、日糧、環(huán)境和健康狀況等多種因素均會對瘤胃菌群產(chǎn)生顯著影響,因此瘤胃菌群改變對宿主健康和營養(yǎng)消化代謝狀態(tài)具有良好的指示作用,這也是本研究中異質(zhì)性和偏倚的主要來源。穩(wěn)定性是指盡管瘤胃菌群會受到各種因素的影響,但核心微生物組成和結(jié)構(gòu)能夠保持基本恒定,因此借助Meta分析可以揭示瘤胃優(yōu)勢菌群的基本組成規(guī)律,這也是本研究的理論基礎(chǔ)。本研究結(jié)果表明,各類群微生物豐度均存在顯著異質(zhì)性,厚壁菌門、放線菌門和普氏菌屬無發(fā)表偏倚,擬桿菌門、變形菌門、纖維桿菌門和瘤胃球菌屬存在顯著發(fā)表偏倚,這些異質(zhì)性和偏倚可能與不同研究中羊品種、飼料、飼養(yǎng)方式和生理階段差異有關(guān)。本研究結(jié)果也表明,盡管各項研究存在異質(zhì)性和發(fā)表偏倚,單一研究對整體結(jié)果的改變量均低于5%,表明該結(jié)果具有良好穩(wěn)健性,說明日糧和品種會影響瘤胃菌群的組成,但一般對優(yōu)勢菌群豐度影響較小。
本研究結(jié)果表明,羊瘤胃中占主導(dǎo)地位的微生物類群分別為擬桿菌門、厚壁菌門和普雷沃氏菌屬(豐度高于20%),該結(jié)果可為羊瘤胃微生物研究提供數(shù)據(jù)參考。