代谢蛋白组成调控草食家畜关键营养素高效利用的微生物机理研究取得新进展

　　

　　提高生产效益和降低环境污染是草食家畜养殖产业面临的两大主要挑战。草食家畜氮利用率仅为20~36%，而64~80%的氮以粪尿排泄物的形式排放到环境中。草食家畜因瘤胃及其微生物的存在，其氮代谢与单胃动物相比，更加神秘和具有挑战性。一般而言，草食家畜的代谢蛋白由瘤胃可降解蛋白（RDP）和过瘤胃蛋白（RUP）两部分组成，其组成可作为调控机体氮素利用率的关键点，但目前尚缺乏深入的机制研究。

　　近期，中国科学院亚热带农业生态研究所畜禽健康养殖与农牧复合生态研究中心谭支良研究员团队以断奶山羊为模型，解析了代谢蛋白组成调控关键营养素利用效率的微生物机理。结果表明，与低RUP相比，高RUP可以显著提升断奶山羊的生长性能和关键营养素消化率，且需要至少6周的日粮干预才能对生产性能产生显著影响。基于粪便微生物多样性、代谢及功能的系统分析表明，高RUP日粮干预显著提高了后肠道的氨基酸平衡，促进了产丁酸菌Eubacterium的定植及其向营养物质成分（如氨基酸和葡萄糖）的趋化运动，进一步在ABC转运载体介导下将小分子营养物质转入胞内进行利用。最终，微生物代谢从产乙酸逐渐转为产丁酸和支链氨基酸进而促进机体的代谢（图A和B）。与此同时，密集纵向采集的9个时间点的粪便样品微生物分析表明，断奶山羊的微生物发展经历了三个不同的阶段，主要包括纤维降解菌Ruminococcus的增加、微生物细胞活力的增强和发酵类型的改变，强调了断奶后山羊肠道内的微生物呈现出内在规律式的发展进程（图C）。本研究对代谢蛋白组成干预引发的早期日粮-微生物轴提供了新的见解，提示应该高度重视草食家畜日粮干预的时间窗口和干预时长，为后期提高氮素利用率及降低氮排放提供了科技支撑。

　　该研究成果以Enhancing metabolic efficiency through optimizing metabolizable protein profile in a time progressive manner with weaned goats as a model: involvement of gut microbiota为题发表在Microbiology Spectrum杂志上。该研究得到国家自然科学基金项目（31730092,U20A2057）和中国科学院战略性先导专项（A类）子课题（XDA26040304）的联合资助。

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代谢蛋白组成调控关键营养素利用效率的微生物机理。图A，HRUP干预诱导Eubacterium定植，通过其自身的鞭毛运动向营养物质趋动，并利用ABC转运载体吸收营养物质；图B，HRUP增强了丁酸代谢途径，将微生物代谢从产乙酸转变为产丁酸和支链氨基酸（缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸）；图C，肠道微生物组成、功能和代谢物随时间的动态变化规律。红色字体表示增加，绿色字体表示减少。