基于高通量測序技術馬腸道菌群研究進展

吾爾恩·阿合別爾迪， 陳雪靜

(1.伊犁師范大學 微生物資源保護與開發(fā)利用重點實驗室，新疆 伊寧 835000；2.伊犁師范大學 生物與地理科學學院，新疆 伊寧 835000)

哺乳動物腸道微生物數(shù)量、動態(tài)變化和復雜程度比其他任何一種環(huán)境都高，因此腸道菌群又被稱為“第二基因組”[1-2]。腸道菌群在宿主的代謝、自身發(fā)育、營養(yǎng)及保護宿主免受外界侵襲等方面有著非常重要的作用，很多疾病的發(fā)生、發(fā)展和預防與腸道菌群結構和數(shù)量的變化有密切關系[3]。馬的腸道，尤其盲腸十分發(fā)達，盲腸容量相當于胃容量的10倍以上[4]，其中同樣定居著數(shù)量豐富、種類繁多的微生物群落，如1 g盲腸內容物中微生物平均數(shù)量可達109，其中細菌種類大約有108個屬和至少7個門[5]。馬腸道微生物組由細菌、真菌、原生動物和古生菌等組成，與宿主為互生關系，以此維持腸道的微生態(tài)平衡[6]。一方面，馬腸道微生物通過發(fā)酵作用將復雜碳水化合物轉化為乙酸、丙酸和丁酸等短鏈脂肪酸，為宿主提供必要的營養(yǎng)物質和能量[7-8]，一些物種可提供必需營養(yǎng)物及免疫應答[9]。另一方面，宿主腸道為微生物生長提供必要的環(huán)境條件，例如分泌物和消化物供應的營養(yǎng)物，以及適宜的溫度、濕度和pH等[10]。因此，馬腸道菌群紊亂使發(fā)酵模式發(fā)生變化，最后引發(fā)代謝紊亂[11]。宏基因組學技術的興起為深入認識微生物多樣性及其在生態(tài)系統(tǒng)的作用提供了前所未有的機會。通過宏基因組學技術可以較準確地獲得樣品微生物群落和豐度等數(shù)據(jù)，可預測微生物功能和分析微生物代謝網絡，為腸道等復雜環(huán)境微生物的研究提供了便利。近年來，隨著高通量測序技術的快速發(fā)展，馬腸道微生物相關研究報道激增，研究內容主要圍繞核心菌群，腸道不同部位菌群結構，飲食結構和生活方式，馬品種、年齡等因素對腸道菌群結構的影響，以及與疾病的關系等。本文從以上提及的幾個方面進行梳理和綜述，并對今后馬腸道微生物研究做出展望，為馬腸道微生物相關研究以及馬匹營養(yǎng)代謝、健康生長和功能微生物的挖掘提供參考。

1 馬腸道核心菌群

研究表明在特定生境的所有集合體(assemblage)中普遍存在的微生物群落可能對該環(huán)境功能至關重要[12]。Jalanka-Tuovinen等[13]提出，若從一個物種所有健康個體中能夠鑒定出一個核心微生物群落，該群落可能為疾病的診斷和預防奠定基礎，并提供可能的治療靶點。Dougal等[14]2017年的報道中在OTU水平上對糞便核心微生物群落給出定義：該研究所有樣品中共同存在的相對豐度等于或大于0.1%的菌群。該研究組通過16S rDNA 的V1～V2區(qū)進行454焦磷酸測序[11]，對10匹純種馬和英國本土馬的回腸和大腸內容物核心菌群進行了分析。結果發(fā)現(xiàn)，在所有馬匹回腸樣品中都聚集了一組特定的OTUs，而大腸近端和遠端樣品OTU聚類存在明顯的差異。在科水平上腸道各部位普遍出現(xiàn)一組核心菌群，而所有馬匹回腸樣品中共檢測到4個核心科，其中厚壁菌門(Firmicutes)中的乳酸桿菌科(Lactobacillaceae)和變形菌門(Proteobacteria)中的巴氏桿菌科(Pasteurellaceae)相對豐度較高。大腸不同部位科水平上的核心菌群種類較多，右腹結腸和右背結腸中達到11個核心科，相對豐度均比較低。近端大腸中的核心菌群相對豐度由高到低依次為擬桿菌目(Bacteroidales)中一個未分類科、毛螺菌科(Lachnospiraceae)、普雷沃氏菌科(Prevotellaceae)、丹毒絲菌科(Erysipelotrichaceae)、瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)和纖維桿菌科(Fibrobacteraceae)。遠端大腸中核心科依次為普雷沃氏菌科、纖維桿菌科、毛螺菌科、一個擬桿菌門中未分類科和梭菌科(Clostridiaceae)。大腸中出現(xiàn)的低相對豐度OTUs組成的多個核心群落在一定程度上可以說明宿主對消化擾亂和消化道疾病的敏感性。

2 馬腸道不同部位菌群結構

馬屬于后腸發(fā)酵類型動物，后腸是其進行發(fā)酵作用的主要場所，食物75%轉運時間 (23～48 h) 在后腸進行。馬后腸具有高度分化的特征，按照順序由盲腸、大結腸(右、左腹結腸及左、右背結腸)、小結腸和直腸等隔間組成。近端部分(盲腸和腹結腸)與遠端部分(背結腸和小結腸)由狹窄環(huán)狀的結腸骨盆曲連接。盲腸和結腸是馬消化道最主要部位，占總消化道的70%，其中的厭氧微生物對植物纖維進行發(fā)酵和降解，進而轉化為短鏈脂肪酸等能量產物并進一步被腸道黏膜吸收[15-17]。馬腸道中的消化酶，以及低pH值和厭氧環(huán)境等極端條件對微生物生長繁殖具有選擇作用，并在腸道不同部位存在差異，因此在馬腸道不同部位形成了獨特的微生物群落[17-18]。

2.1 馬腸道不同部位細菌群落結構

國內外對馬腸道不同部位微生物群落結構研究的相關文獻較少見，采樣難度大是其主要原因之一。雖然采用插管可獲得活體樣品，但因不合乎倫理道德，這種措施并不常見。Costa等[17]通過高通量測序比較了干草和谷物結合喂養(yǎng)的11匹安樂死馬(包括奧爾登堡、純種馬、萊茵蘭德、雜種馬、標準種馬和霍士丹馬等)胃腸道不同隔室的細菌群落結構，發(fā)現(xiàn)即使在較高的分類單元上，各隔室之間仍存在顯著差異。厚壁菌門是所有隔室中的主要門類。在屬水平上，胃部菌群主要以乳酸菌屬(Lactobacillus)和八疊球菌屬(Sarcina)為主，十二指腸中鏈球菌屬(Streptococcus)的相對豐度明顯大于其他隔室。回腸優(yōu)勢菌為放線菌屬(Actinobacillus)和狹義梭菌屬(Clostridiumsensu stricto)，大結腸最豐富的菌群為微藻菌門(Verrucomicrobia)中一個未分類屬。在綱分類水平上，遠端腸道菌群多樣性自盲腸樣品至糞便顯著增加，近端腸道細菌多樣性顯著低于遠端腸道。然而，相鄰隔室之間的菌群差異較小，統(tǒng)計學上有差異的唯一相鄰隔間為回腸與盲腸。

Dougal等[19]采用16S rRNA基因末端限制性核酸片段長度多態(tài)性(T-RFLP)和定量PCR (qPCR)方法，將采自安樂死的3匹純種馬和5匹英國本土小馬后腸兩個不同解剖部位(盲腸和右背結腸)與糞便樣品微生物群落進行了比較。結果顯示，與盲腸相比，右背結腸樣品和糞便微生物多樣性較高，細菌豐度較低。而右背結腸樣品與糞便微生物多樣性和細菌豐度均沒有明顯差異，提示在一定程度上糞便菌群可以替代右背結腸菌群，但不能替代盲腸菌群，這一結果與Costa等[17]研究中相鄰隔室間的差異較小的結果相符。

Su等[18]將內蒙古自然草原自然放牧的5匹蒙古馬作為研究對象，通過16S rRNA基因V3～V4高變區(qū)的高通量測序，對胃腸道6個不同部位的菌群結構進行了分析。研究表明，蒙古馬胃腸道不同部位的細菌豐度依次為背結腸>腹結腸>盲腸>空腸>回腸>胃。小腸和大腸的菌群結構有顯著的差異，而盲腸和結腸的菌群結構較相似。在門水平上，前腸最優(yōu)勢菌為厚壁菌門和變形菌門，后腸最優(yōu)勢菌為厚壁菌門和擬桿菌門。在科水平上，后腸最優(yōu)勢菌科為瘤胃球菌科、毛螺菌科、理研菌科(Rikenellaceae)和普雷沃氏菌科，而Akkermansia屬在腹結腸中的豐度最高。腸道不同部位微生物功能預測的結果較一致，說明核心微生物功能較穩(wěn)定，可能對物種具有特異性。

2.2 馬腸道不同部位真菌群落結構

馬腸道是一種缺氧生境，除細菌之外，還存在厭氧真菌，其在飼料消化過程中起著重要作用。厭氧真菌對嚴格缺氧環(huán)境具有適應能力，這是因為細胞缺少線粒體等細胞器和細胞色素參與的氧化磷酸化作用，反而具有特殊的細胞器氫化酶體。在缺氧環(huán)境條件下，細胞以氫化酶體進行葡萄糖代謝并產能[20]。厭氧真菌種類不多，目前根據(jù)代表菌種有效發(fā)表的屬共有9個，均屬于新美鞭菌綱(Neocallimastigomycetes)，包括菌絲體形成單個孢子囊的單中心類型的4個屬(新美鞭菌屬(Neocallimastix)、瘤胃壺菌屬(Piromyces)、Oontomyces和Buwchfawromyces)，菌絲體形成多個孢子囊的多中心類型3個屬(根囊鞭菌屬(Orpinomyces)、厭氧鞭菌屬(Anaeromyces)和Pecoramyces)，球狀真菌盲腸鞭菌屬(Caecomyces)和枝梗鞭菌屬(Cyllamyces)。此外還有最近新增加的2個屬Feramyces和Liebetanzomyces。厭氧真菌(新美鞭菌綱) 最大的特點是細胞可分泌完整、有效的降解木質纖維素的酶系，從而有利于胃腸道的消化功能[20-21]。目前，馬腸道中的厭氧真菌群落結構和多樣性的相關信息比較少。

Mura等[21]利用ITS1正向通用引物和新美鞭菌綱5.8S rRNA基因反向特異引物構建了ITS1序列克隆文庫，研究盎格魯-阿拉伯馬后腸6個不同部位厭氧真菌多樣性。647陽性克隆子中645克隆子屬于新美鞭菌綱，其中在屬水平上未培養(yǎng)厭氧真菌比例占61.8%，新美鞭菌屬占35.1%、根囊鞭菌屬占2.3%，厭氧鞭菌屬占0.6%。后腸厭氧真菌中屬于新美鞭菌目(Neocallimastigales)的一個進化枝AL1為豐度最高的優(yōu)勢菌群，該未分類菌群尤其在右腹結腸和左背結腸中比例很高，分別占88%和97%；在盲腸和右背結腸中也占優(yōu)勢，分別為62%和53%；而在左腹結腸和直腸中豐度很低，分別為4%和3%。在屬水平上屬于新美鞭菌屬的序列在左腹結腸和直腸中最占優(yōu)勢，分別為81%和75.5%。定量分析顯示右腹結腸和右背結腸1 g內容物中的厭氧真菌數(shù)量比其他部位的數(shù)量高。

3 影響馬腸道菌群的主要因素

腸道微生物群落結構和多樣性受許多因素影響，包括年齡、性別、品種和健康狀況等宿主自身因素，以及飲食結構、生活方式和飼養(yǎng)條件等環(huán)境因素[22]。

3.1 生長階段對馬腸道菌群的影響

在相同飲食結構和未發(fā)生胃腸道紊亂條件下，人類腸道菌群隨著時間推移似乎保持相對穩(wěn)定的組成結構。然而，對馬腸道菌群而言，生長階段是影響腸道微生物組的最大因素之一。馬駒出生時腸道是無菌的，在分娩、哺乳以及與周圍環(huán)境接觸過程中逐漸感染細菌。幼年期馬腸道微生物組變化非?？於颐黠@，甚至到成年階段可能并非穩(wěn)定[11]。

Torre等[23]采集37匹馬駒和母馬新鮮糞便，通過下一代測序技術對細菌16S rRNA基因V4序列進行測序，分析馬駒出生至斷奶期間不同時間腸道微生物群落結構。研究發(fā)現(xiàn)馬駒早期腸道細菌群落結構隨著馬駒生長而發(fā)生相應的變化。馬駒飲食從哺乳轉變?yōu)椴萘虾凸任镲暳蠒r，其糞便優(yōu)勢菌類從能代謝母乳菌群轉變?yōu)槟芾美w維類的菌群。Costa等[24]選擇11匹馬駒作為研究對象，在產后1日至9個月的時間內定期采集糞樣，利用Illumina MiSeq平臺對腸道菌群16S rRNA基因V4區(qū)域進行測序。研究發(fā)現(xiàn)，1日齡馬駒腸道含有種類豐富多樣的細菌，主要為厚壁菌門。與母馬相比，產后2～30 d的馬駒腸道菌群多樣性明顯較低，主要類群被歸入微藻菌門中的Akkermansia屬。60日齡后馬駒腸道微生物群落趨于穩(wěn)定，然而與9月齡馬駒和母馬腸道群落成員之間仍存在差異。Jennifer等[25]采集9對母馬和小馬駒分娩當天至12周齡的糞便，使用PCR-DGGE 方法分析細菌16S rRNA基因。研究發(fā)現(xiàn)0日齡的馬駒糞便樣本的凝膠無條帶或極少量條帶，表明物種豐度較低，4日齡的條帶數(shù)量明顯增加，14日齡時，馬駒和母馬的條帶數(shù)量相似。有些條帶在42日齡和44日齡的馬駒中消失，并在母馬腸道樣品中也未出現(xiàn)，表明細菌種群的演替。將PCR-DGGE圖譜與Dice算法進行比較，發(fā)現(xiàn)14日齡及之后的所有馬駒與成年馬之間的配對相似度相同。李曉斌等[26]通過高通量測序技術對3～6月齡伊犁馬腸道微生物群落多樣性進行了研究，結果表明該階段伊犁馬腸道優(yōu)勢菌為厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門、微藻菌門。馬駒糞便微生物群落的α-多樣性指數(shù)隨著馬駒月齡的增加而呈現(xiàn)波動性的變化，但各時間節(jié)點之間并沒有明顯的差異。以上研究說明，馬駒出生時腸道是無菌的，微生物的定殖過程迅速，產后幾周內形成成熟的微生物群落。另外，Dougal等[27]的研究表明5～12歲的成年馬腸道細菌多樣性高于19～28歲老齡馬。

3.2 飲食結構對馬腸道菌群的影響

哺乳動物和腸道微生物組之間穩(wěn)定的互利關系是數(shù)百萬年共同進化的結果，這種關系受到破壞可能會給動物機體帶來健康問題。而飲食結構和生活方式對腸道菌群結構和多樣性影響甚大[28]。馬腸道微生物所產生的一些代謝物對機體有益。然而，不適當?shù)奈故郴蝻嬍辰Y構的突然改變會擾亂腸道微生物區(qū)系和消化性能，甚至微生物代謝物會導致酸毒癥、蹄葉炎和疝氣病等疾病[15]。隨著高通量測序技術的快速發(fā)展，人們對飲食結構與馬腸道菌群相互關系也做了一些研究。

Fernandes等[29]借助焦磷酸測序技術研究了突然改變飲食對馬腸道微生物所產生的影響。先將12匹1周歲純種馬分成兩組，一組僅用谷物飼養(yǎng)，另一組牧場放養(yǎng)。3周后將飼養(yǎng)組突然轉入牧場，記為第0天，并將兩組在同一牧場繼續(xù)放養(yǎng)3周，每隔4 d收集1次糞便進行分析。結果表明，在第0天兩組馬腸道菌群多樣性存在一定的差異，在屬水平上主要表現(xiàn)在4個類群上，分別為 擬桿菌科(Bacteroidaceae)的BF311、帕拉普氏菌科(Paraprevotellaceae)的CF231 以及梭菌目(Clostridiales)和毛螺旋菌科(Lachnospiraceae)中的2個未被分類菌。在牧場放養(yǎng)的4 d內飼養(yǎng)組腸道細菌群落變得與牧場組相似，然而古細菌群落在飲食改變前后保持不變。由此可知，馬腸道微生物菌群與最近的飲食經歷有關，馬腸道細菌群落可對突然改變的飲食迅速做出反應。

Dougal等[27]利用Roche 454測序技術對17匹成年馬和老齡馬糞樣16S rRNA基因 V1～V2區(qū)域進行測序。每匹馬分別在投喂富含高纖維的干草、干草補加富含淀粉飼料和干草補加油脂飼料等三種飲食條件下飼養(yǎng)一段時間后采集其糞便樣品。結果表明，在門水平上不同樣品組之間無明顯差異，而在OTU水平上共得到有差異的52個物種，包括厚壁菌門(37個)、擬桿菌門(6個)、變形菌門 (3個)、放線菌門(Actinobacteria)(2個)、螺旋體門(Spirochaetes)(1個)和未分類菌(3個)。核心OTU數(shù)量最多的樣品組為干草飼料組，其次為干草添加油脂組，數(shù)量最少的是干草添加淀粉組，而三組樣品中的共有核心OTU數(shù)量極低，其中毛螺旋菌科最占優(yōu)勢。研究顯示，與干草作單一飼料比較，干草中補加淀粉或油脂可引起腸道細菌群落的變化。

李曉斌等[26]研究發(fā)現(xiàn)3月齡馬駒隨著母乳攝入量的減少，馬駒在補喂一些定量精料作為補充料的基礎上，采食的粗飼料(包括苜蓿干草)會有所增加，飼糧類型發(fā)生了變化，由原來的液態(tài)逐步轉為了固態(tài)。因此，伊犁馬腸道微生物的種類和豐度也隨之發(fā)生了變化，糞便中檢測出微生物的種類和數(shù)量更豐富、更多樣、更復雜。

Metcalf等[28]通過宏基因組學技術比較44匹至今唯一未被馴化成功的Przewalski馬和28匹家馬的腸道菌群，發(fā)現(xiàn)與家馬相比，Przewalski馬腸道微生物群落多樣性更高，其部分原因可能與飲食有關。生長在動物園的4匹Przewalski馬糞便微生物多樣性明顯低于生活在自然保護區(qū)的同種馬。該研究表明馬科動物的胃腸道微生物組隨著生活習慣的人為改變而改變，這對瀕危哺乳動物的保護管理具有更廣泛的意義。

3.3 馬品種對腸道菌群的影響

越來越多研究說明宿主的遺傳背景可參與人類腸道菌群結構的形成[30-33]。例如，對一組1 561名健康人的研究表明，將近1/3的糞便細菌類群與遺傳因素相關，并且多個單核苷酸多態(tài)性(SNPs)與腸道特異分類類群的相對豐度相關[33]。又如，Goodrich等[30]對1 126對雙胞胎腸道微生物16S rRNA基因進行測序，發(fā)現(xiàn)遺傳相關細菌分類群具有臨時穩(wěn)定性。因此，研究不同品種馬腸道菌群及其相互之間異同有助于腸道菌群結構的針對性重建，尤其在改進體育運動性能方面具有重要意義[34]。Massacci等[34]對相同條件下飼養(yǎng)的6個品種189匹運動馬糞便細菌的特異序列進行高通量測序。實驗結果表明細菌多樣性在盧西塔諾馬糞便中豐度低，而在漢諾威馬中最高。盧西塔諾馬、盎格魯-阿拉伯馬和中歐馬中β-多樣性有差異，其中前兩者細菌群落臨時穩(wěn)定性較高。另外，所有品種中相對豐度有差異的屬有27個，其中33%已被確定為與人和其他動物遺傳性相關，暗示哺乳動物與微生物之間存在一種普遍又古老的關系。Zhao等[35]將蒙古馬腸道菌群與純種馬(Thoroughbreds)比較，發(fā)現(xiàn)兩組馬均含有16個門、75個屬水平上的菌群，其中厚壁菌門和擬桿菌門豐度最高，而互養(yǎng)菌門(Synergistetes)、浮霉菌門(Planctomycetes)、變形菌門、TM7門和綠彎菌門(Chloroflexi)等5個門，密螺旋體屬(Treponema)、瘤胃球菌屬(Ruminococcus)、羅斯氏菌屬(Roseburia)等30個屬豐度具有顯著差異。Torre等[23]的研究發(fā)現(xiàn)，純種馬腸道中的克里斯滕森菌科(Christensenellaceae)菌群相對豐度明顯高于夸特馬、阿茲臺克馬、溫血馬和Andalusian馬等品種。

4 馬腸道菌群與腸道疾病

相關研究證明后腸細菌群落的改變涉及到幾種馬匹疾病[35]。結腸炎是大腸黏膜的炎癥反應引起的一種疾病，分為急性和慢性。急性結腸炎的常見癥狀是突然出現(xiàn)大量水樣腹瀉，過多腸道液體的快速流失導致脫水，甚至使馬匹低血容量性休克或死亡。馬匹結腸炎的病因主要有細菌感染、寄生蟲感染和抗菌治療等。腸道菌群紊亂可能會引發(fā)沙門氏菌屬(Salmonella)、艱難梭菌屬(Clostridioidesdifficile)、產氣莢膜梭菌(Clostridiumperfringens)和新立克次體(Neorickettsiaristicii)等細菌性炎癥相關微生物的大量增殖，從而導致馬匹結腸炎。Costa等[2]利用高通量測序技術對患有結腸炎馬和健康馬的腸道微生物菌群進行了比較，發(fā)現(xiàn)在健康馬腸道中，厚壁菌門(68%)最占優(yōu)勢，其次為擬桿菌門(14%)和變形菌門 (10%)，而患有結腸炎的馬中，擬桿菌門(40%)是最豐富的菌門，其次是厚壁菌門(30%)和變形菌門(18%)。此外，放線菌門和螺旋體門相對豐度在健康馬腸道中較高，而梭桿菌門(Fusobacteria)在患有結腸炎馬中較高。梭菌綱(Clostridia)以及其中的Trepidimicrobium和梭菌屬(Clostridium)為健康馬腸道中的優(yōu)勢菌類，說明梭菌綱在馬健康中的重要性。以上結果表明馬結腸炎可能不是由單一致病菌引發(fā)的，而是一種腸道菌群失調癥。

過量攝入的淀粉、果聚糖和單糖等非結構性碳水化合物在前腸無法消化而進入盲腸和結腸，并產生乳酸和氣體等細菌副代謝產物，從而導致蹄葉炎、腹絞痛等疾病[36-39]。Steelman等[40]通過454焦磷酸測序將患有慢性蹄葉炎馬匹的腸道細菌群落與健康馬比較，揭示兩組樣品菌群結構存在的差異。實驗表明，最占優(yōu)勢的門為厚壁菌門(對照組69.21%，蹄葉炎組56.72%)，其次為微藻菌門(對照組18.13%，蹄葉炎組27.63%)。蹄葉炎組中的細菌多樣性和梭菌目中未被分類的2個屬豐度均高于對照組?；诟咄繙y序技術的研究表明，喂養(yǎng)方式的改變包括日糧改變、高精料日糧和轉移牧場等所導致的微生物群落結構的快速變化，可能會增加患腹絞痛的風險[29，41-42]。

調節(jié)腸道菌群是腸道菌群失調并發(fā)癥的有效治療措施，包括調整飲食，服用益生元、益生菌或抗生素，以及糞便微生物移植等治療途徑。糞便微生物移植(fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT)是一種將健康捐贈者糞便微生物轉移到受贈者腸道并重建腸道菌群來治療因微生物菌群失衡導致腸道疾病的治療技術[43]。FMT在人腸道疾病應用較多，比如在治療艱難梭菌引發(fā)的頑固性結腸感染和復發(fā)性感染中非常有效[44]。McKinney等[45]通過高通量測序技術對健康馬與受贈糞便移植的腹瀉老齡馬的糞便微生物群落進行比較，分析FMT是否恢復受贈馬的微生物多樣性。5匹腹瀉老齡馬在獸醫(yī)學院入院，并接受連續(xù)3 d的FTM治療。其中3匹馬有療效，均存活并出院。測序結果顯示3匹存活馬匹糞便樣品中的擬桿菌門豐度隨著治療時間的延長明顯減少，而微藻菌門豐度逐漸提高，另外未存活的2匹馬糞便微生物群落無共同特征。治療有反應的3匹馬治療后的腸道菌群α-多樣性高于治療前，在系統(tǒng)發(fā)育上更接近于糞便微生物捐贈馬。

5 展 望

馬是單胃草食動物，其后腸可以被看作“發(fā)酵罐”，而后腸微生物對馬匹生長和代謝十分重要，例如腸道菌群可參與免疫反應的激活，從而有助于腸道上皮組織防止病原體、中和毒素以及調節(jié)基因表達[46-47]。為此，保持健康、穩(wěn)定的腸道菌群對馬的整體健康非常重要[47]。近年來，隨著高通量測序技術和分析方法的興起，馬腸道微生物相關研究報道激增，人們對宿主、微生物與生境因素之間的相互關系有了更深入的了解。然而，目前有關馬腸道微生物轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學等方面的研究較少，對馬腸道微生物功能及作用研究還有待深入，對馬腸道微生物與宿主免疫互作機制的了解還需加深。另外，目前基于宏基因組技術的大部分研究集中于馬腸道細菌，而真菌和古生菌方面的研究報道很少，具有潛在的研究價值。作者團隊最近對伊犁馬腸道真菌菌群結構進行了分析，發(fā)現(xiàn)不同年齡成年馬腸道菌群主要屬于子囊菌門(Ascomycota)、擔子菌門(Basidiomycota)、Neocallimastigomycota、毛霉門(Mucoromycota) 4個門，隱球菌科(Cryptococcaceae)、畢赤酵母菌科(Pichiaceae)、新美鞭菌科(Neocallimastigaceae)、Sporormiaceae、曲霉科(Aspergillaceae) 等47個科，隱球菌屬(Cryptococcus)、畢赤酵母屬(Pichia)、Neocallimastix等56個屬。其中隸屬Neocallimastix的OTU基本上均為N.patriciarum，而N.patriciarum為反芻動物消化道中較普遍存在的厭氧性真菌，具有降解纖維素的能力，在飼料消化過程中起重要作用；還發(fā)現(xiàn)隨著馬年齡的增長，其糞便中真菌菌群的數(shù)量和優(yōu)勢菌相對豐度均發(fā)生變化。

我國是傳統(tǒng)養(yǎng)馬大國，但近幾十年來經濟社會的發(fā)展和農牧業(yè)的機械化逐漸弱化了馬在役用、交通、國防等方面的作用，導致我國馬匹存欄量不斷減少。截至2017年年底，我國馬匹總存欄量為343.7萬匹，與擁有現(xiàn)代馬產業(yè)的發(fā)達國家相比，總體水平較低，實現(xiàn)跨越式發(fā)展勢在必行[48]，而馬匹健康生長發(fā)育對馬產業(yè)的發(fā)展至關重要。

研究表明品種是影響腸道菌群的主要因素之一[34-35]。我國馬品種較多，尤其新疆、內蒙古等傳統(tǒng)馬業(yè)大區(qū)的地方品種較豐富。新疆擁有的地方品種哈薩克馬、巴里坤馬、焉耆馬、柯爾克孜馬以及培育品種伊犁馬和伊吾馬6個品種，內蒙古擁有的地方品種蒙古馬、阿巴嘎黑馬、鄂倫春馬和錫尼河馬以及培育品種三河馬、科爾沁馬、錫林郭勒馬7個品種均被列入《中國畜禽遺傳資源志》。然而，目前我國馬腸道菌群的相關研究僅限于蒙古馬[18，35]，其他品種馬相關的資料很少見。對哈薩克馬等區(qū)域主要品種，以及三大名馬青海河曲馬、內蒙古三河馬、新疆伊犁馬的微生物組的研究應受到高度重視。

我國三大牧區(qū)內蒙古、新疆、西藏馬匹存欄量分別占國內存量的18.73%、19.96%和8.20%，將近占我國總存欄量的二分之一[49]。這些牧區(qū)自然條件多樣、草地植被特征和草地飼草營養(yǎng)成分均有一定的差異，而飲食結構和生活條件是影響馬腸道菌群最重要的外界因素，因此揭開馬腸道菌群對不同區(qū)域或不同自然條件所做出的反應，開發(fā)不同地區(qū)品種馬腸道中功能菌資源以及區(qū)域型核心或關鍵微生物，可以為馬匹健康生長和更好地適應新環(huán)境提供數(shù)據(jù)。

性別是影響人類腸道菌群的一個重要因素，但其相關機制還不十分清楚。研究表明性激素具有調節(jié)人類腸道菌群結構的作用。此外，黏膜免疫功能和腸道炎癥反應的敏感性在不同性別之間有區(qū)別[51]。然而，馬腸道菌群與性別之間的相關性研究極少見，僅有Mshelia等研究發(fā)現(xiàn)母馬和公馬腸道微生物之間只有豐度上的差異，母馬細菌豐度高于公馬，有關性激素與馬腸道微生物相關性研究未見報道[49]。不同性別的馬腸道微生物組之間的差異分析，尤其泌乳期母馬特有菌群結構的分析，可以為馬的科學飼養(yǎng)和產乳量的提高提供參考依據(jù)。

酸馬奶是鮮馬乳經自然發(fā)酵而成的傳統(tǒng)飲料，是哈薩克斯坦、蒙古以及中國新疆、內蒙古等區(qū)域盛行并推崇的功能乳制品。其營養(yǎng)和藥用價值高并具有獨特的品質，因此隨著人們對乳品營養(yǎng)要求的提高，在市場上越來越受到消費者青睞。由于馬乳產量低、價格貴等原因，其開發(fā)利用仍處于初級階段[50-51]。對乳牛等反芻動物而言，其主要能量來源為瘤胃微生物發(fā)酵產生的揮發(fā)性脂肪酸等產物[52]，而這些發(fā)酵產物直接影響牛乳成分等生理參數(shù)[53]。Jami等[54]研究證明牛乳產量、成分與瘤胃菌群多種成員的豐度高度相關。而馬主要能量來自后腸微生物發(fā)酵產物，因此不難推測馬腸道微生物群落可能同樣會影響馬乳產量和成分。因此，重建腸道菌群結構是提高馬乳產量和質量上的一個潛在靶點。值得注意的是，2014年FAO(世界糧農組織)官方數(shù)據(jù)顯示，我國的馬肉產量位居世界第一，然而目前還沒有馬腸道微生物對增重影響相關的研究報道，還有待進一步研究。因此，利用高通量測序等現(xiàn)代技術對馬腸道微生物的研究，對我國馬產業(yè)的發(fā)展，對改善新疆、內蒙和青海等邊疆地區(qū)的經濟狀況，以及增加牧民收入、鞏固邊疆和促進社會和諧具有重要意義。