探究瘤胃微生物组、代谢组与宿主代谢组对杂交牛生长性能的调控机制

《BMC Genomics》：The rumen microbiome and its metabolome together with the host metabolome regulate the growth performance of crossbred cattle

研究人员为探究胃肠道微生物对杂交牛生长性能的影响，分析不同组合杂交后代，发现组合 II 优势明显，对现代养牛业意义重大。

　　在全球牛肉需求不断攀升的当下，牛肉生产的增长成为关键议题。杂交育种作为提升牛生产性能的重要手段，受到广泛关注。然而，胃肠道微生物对杂交牛生长性能的影响却尚不明确。为了深入探究这一问题，宁夏大学的研究人员开展了相关研究。该研究成果发表在《BMC Genomics》上，为现代养牛业的发展提供了重要依据。

研究人员采用了多种关键技术方法。在样本采集方面，选取健康且出生日期相近的西门塔尔牛作为母本，分别与西门塔尔牛（组合 I）、比利时蓝牛（组合 II）和红安格斯牛（组合 III）进行杂交，在相同饲养条件下，从出生饲养至 18 个月龄，测量杂交后代的生长性能，并采集瘤胃液和血浆样本。在分析技术上，运用宏基因组测序分析瘤胃微生物的组成和功能，利用非靶向代谢组学技术检测瘤胃液和血浆中的代谢物变化，还通过多种生物信息学分析方法进行数据处理和结果解读。

在生长性能分析中，研究发现组合 II 的杂交后代在体重（BW）和体高（BH）方面显著高于组合 I 和组合 III，在其他一些生长指标上也表现出优势，表明组合 II 在生长性能上更具优势。

瘤胃液宏基因组分析方面，研究人员先对瘤胃微生物多样性进行分析，通过多种指数评估发现三个组合的瘤胃微生物 α 多样性无显著差异，β 多样性分析也未发现明显的群落组成差异。在瘤胃微生物组成和差异分析中，经物种注释发现不同组合在门和属水平上存在多种差异物种，如组合 II 中 Elusimicrobiota 和 Candidatus_Riflebacteria 等微生物门的相对丰度较高。同时，对瘤胃微生物功能进行分析，发现三个组合在 KEGG 代谢通路和 CAZy 数据库注释的碳水化合物代谢酶方面存在差异，组合 II 在胰岛素信号通路、类固醇激素生物合成等途径显著富集，且在糖苷转移酶（GTs）和多糖水解酶（PLs）方面富集度最高。

非靶向代谢组学分析瘤胃液时，PCA 分析显示三组样本区分不明显，但 OPLS - DA 分析能有效区分。研究筛选出大量差异表达代谢物（DEMs），组合 II 在亚油酸代谢等通路显著富集，且部分代谢物表达下调。在血浆非靶向代谢组学分析中，同样检测到大量代谢物，OPLS - DA 分析发现组合间有显著差异，组合 II 在组氨酸代谢、ABC 转运体等通路显著富集，且甘油磷脂代谢通路中的部分磷脂酰胆碱（PC）类代谢物表达下调。

通过 Pearson 相关性分析瘤胃优势微生物、差异代谢物与生长性能的关系发现，组合 II 中瘤胃优势微生物如 Mycoplasma、Succinivibrio、Anaerostipes 等相互正相关，且与生长性能正相关，而瘤胃和血浆中的部分 DEMs 与生长性能负相关。

综合上述研究，该研究揭示了瘤胃微生物及其代谢物与宿主代谢在调控杂交牛生长性能中的重要作用。组合 II 杂交后代具有更优的生长性能，瘤胃优势微生物（如 Succinivibrio、Anaerostipes、Methanosphaera）丰度的差异影响瘤胃代谢物（如 9 (10)-Epome、9 (S)-Hpode 等）的丰度，这些代谢物经瘤胃壁吸收后，导致血浆脂质分子（如 PC (14:0/P - 18:1 (11Z))、PC (16:0/0:0)、PC (17:0/0:0)）下调，最终影响杂交牛的生长性能。这一研究成果为理解瘤胃内部环境和杂交育种选择提供了理论依据，有助于推动现代养牛业的发展，例如在选择杂交组合、优化饲养管理等方面提供科学指导，提高养牛的经济效益和生产效率。