科研 | 中国农业科学院 Front. Microbiol. ：日粮能量水平对牦牛瘤胃发酵、微生物多样性及饲料效率的影响
编译：梦醒启程，编辑：小菌菌、江舜尧。
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连作近年来，通过调整饲料成分来改善瘤胃微生物群的生长性能得到了越来越多的关注。瘤胃是一个复杂的环境，含有多种微生物，帮助宿主消化和利用饲料能量。探讨不同能量梯度的饲粮对牦牛瘤胃微生物区系及VFA吸收的影响，本研究对15头牦牛的瘤胃pH、VFA含量、瘤胃细菌群落、瘤胃壁VFA转运基因表达进行了研究与分析。
1.通过分析不同能量饲料的饲喂组牦牛的平均日增重、平均干物质摄入量、pH以及VFA结果显示随着饲粮能量水平的增加，饲料效率显著提高，牦牛瘤胃的pH值显著降低了，显著增加了乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的浓度。
2.利用16SrRNA扩增片段的高通量测序对微生物群落进行了分析，并预测其功能，进而研究瘤胃和粪便微生物群落的变化规律。结果显示瘤胃标本中鉴定的26个细菌门中，Firmicutes、Bacteroidetes、Tenericutes和Lentisphaerae的相对丰度较高。
3.测定瘤胃壁的VFA转运基因mRNA的丰度，探究能量水平与VFA转运基因转录丰度的关系。结果发现日粮能量水平增加时，牦牛瘤胃上皮VFA转运基因(MCT1、DRA、PAT1、AE2)mRNA丰度显著增加。
4.通过Pearson相关分析，揭示了瘤胃菌属与VFA浓度和VFA转运基因转录丰度的相关性。
本研究为瘤胃微生物群落中日粮能量来源的变化提供了新的认识。
论文ID
原名：Effect of Dietary Energy Levels on Rumen Fermentation, Microbial Diversity and Feed Efficiency of Yaks (Bos grunniens)
译名：日粮能量水平对牦牛瘤胃发酵、微生物多样性及饲料效率的影响
期刊：Frontiers in Microbiology
IF：4.259
发表时间：2020.03
第一作者：Anum Ali Ahmad
通信作者：丁学智
通信作者单位：中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所甘肃省牦牛繁育重点实验室，农业农村部兽用药物创制重点实验室
实验设计
结果
1.牦牛生长性能
表2 饲粮能量水平对牦牛生长性能的影响
2.瘤胃VFA转运基因的浓度和转录丰度。
3.细菌16S rRNA基因测序
来自15个样本的细菌16SrRNA基因测序共911 966个原始reads(平均每个样本59,192个序列)。经质量筛选，共获得895 658个序列，其中7 783个为嵌合序列。平均序列读取长度为253 bp，非嵌合reads按97%相似度聚类为2 662个OTUs。其中2 118为低丰度OTUs(79.6%)，3个处理组共有749个OTUs(28%)。合格的序列以97%的相似度聚类。所有样本的Goods-coverage均大于99%。测序深度描述OTU水平的细菌多样性，通过所有样本观察物种的稀疏曲线进行评估(图1)。所有样本的曲线都达到了一个平台，表明已经产生了足够数量的序列来研究瘤胃内的细菌多样性。OTU分析发现三组共有1 828个常见的OTU，而YL、YM组，YH组中分别发现了314个、67个和69个独特的OTU。
表4 不同饲粮处理组牦牛瘤胃标本的主要门
图2 不同饲粮能量水平牦牛瘤胃细菌组成属水平热图。YL，低能量；YM，中等能量；YH，高的能量。
所有样品共鉴定到274属，其中以Christensenellaceae_R-7_group、Rikenellaceae_RC9_gut_group、Prevotella_1、Ruminococcaceae_NK4A214_group、Prevotellaceae_UCG-003最为丰富。Christensenellaceae_R-7_group和Rikenellaceae_RC9_gut_group的平均相对丰度分别为12.4±4%和10.9±3.2%，占总属的23.3%(图2)。构建热图，检验三个处理组中不同属的相对丰度(图2)。YL组拟杆菌和拟丁基弧菌的相对丰度高于YM组和YH组。Rikenellaceae_RC9_gut_group, Ruminococcaceae, Ruminococcus, Lachnoclostridium,和Saccharofermentans在YM组中相对丰度较高Erysipelotrichaceae，U29-B03，Succiniclasticum，Prevotella，Treponema，Victivallis和Papillibacter是YH组中最丰富的细菌。
4.细菌多样性分析
5.细菌属与VFA浓度和VFA转运基因转录丰度的相关性研究
采用Pearson相关分析，检验16S rRNA测序鉴定的细菌属相对丰度与瘤胃VFA浓度及VFA转运蛋白转录物丰度之间的关系(图4)。Erysipelotrichaceae UCG-004，Lachnospira，Prevotellaceae UCG-003，SP3-e0，Prevotella，U29-B03,以及Christensenellaceae R-7与VFA和VFA转运基因呈正相关。Papillibacter与VFA呈强正相关，与PAT-1 242、MCT-1呈弱正相关，与DRA、AE2呈弱负相关。Eubacterium ruminantium和Victivallisvictivallis与VFA呈强正相关，与VFA转运基因呈强负相关。Saccharofermentans与乙酸、丙酸、丁酸盐、PAT-1、DRA、MCT-1呈弱正相关，与异丁酸盐、戊酸盐、异戊酸盐、AE2呈弱负相关。Eubacterium_coprostanoligenes,Bacteroides, Ruminococcus,和Rikenellaceae RC9与VFA和VFA转运基因呈负相关。
结论
综上所述，本研究结果为不同日粮能量水平对饲料效率、瘤胃发酵、VFA转运蛋白转录丰度及微生物群落的影响提供了新的信息。日粮能量水平的提高提高了牦牛的饲料效率。随着膳食能量水平的增加，VFA转运蛋白的挥发性脂肪酸浓度和转录丰度也增加。日粮能量水平影响了微生物的多样性，能量水平的增加在门水平上增加了Lentisphaerae和Tenericutes的相对丰度，在属水平上增加了Erysipelotrichaceae，U29-- B03，Succiniclasticum，Prevotella，Treponema，Victivallis，和Papillibacter属的相对丰度。这些发现对提高反刍动物的营养水平具有重要意义。
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