日粮纤维淀粉比对湖羊生长性能及瘤胃发育的多组学调控机制研究

本研究通过多组学技术揭示了日粮中饲草中性洗涤纤维(FNDF)与淀粉比例对湖羊瘤胃微生物区系、代谢物及上皮基因表达的调控作用。实验设置0、0.23、0.56、1.10四个FNDF/starch梯度，发现0.23比例显著提高平均日增重(ADG)和饲料转化率(FCR)，并促进瘤胃乳头发育。微生物组分析鉴定出341个物种，代谢组显示差异代谢物主要富集于氨基酸和维生素代谢通路，转录组发现TPK1等关键基因表达与FNDF/starch水平呈正相关。该研究为反刍动物精准营养调控提供了重要理论依据。

　　

引言

饲草和精料分别是日粮中性洗涤纤维(NDF)和淀粉的主要来源。调整二者比例可改变瘤胃发酵模式：高淀粉日粮会快速产生挥发性脂肪酸(VFA)导致酸中毒风险，而低淀粉日粮则可能导致能量不足。研究表明，高NDF日粮产生更多乙酸型发酵，高淀粉日粮则促进丙酸型发酵，这种差异直接影响微生物组成。目前关于FNDF/starch比例如何通过微生物-代谢物-宿主基因互作影响反刍动物发育的研究仍较缺乏。

材料与方法

36只2月龄雄性湖羊随机分为A(0)、B(0.23)、C(0.56)、D(1.10)四组，饲喂60天后采集瘤胃内容和组织样本。采用PacBio Sequel II平台进行16S rRNA测序，UHPLC-QTOF进行非靶向代谢组分析，Illumina NovaSeq开展转录组测序。瘤胃组织切片通过HE染色观察形态学变化，气相色谱测定VFA含量。

结果与分析

生长性能与瘤胃形态

B、C组平均日增重(ADG)显著高于A组(p<0.05)，其中B组饲料转化率(FCR)最优。随着FNDF/starch升高，乙酸含量线性增加而丙酸降低，A/P比值从0.68升至1.34。B、C组瘤胃乳头高度显著大于A组(p<0.05)，D组乳头宽度最小。

微生物群落特征

共鉴定22门341种微生物，Bacteroidota(36.66%)、Firmicutes(33.06%)和Proteobacteria(25.39%)为优势菌门。Prevotella_7(20.17%)和Succinivibrionaceae_UCG_001(12.28%)是优势菌属。值得注意的是，Prevotella与Prevotella_7随FNDF/starch升高呈现相反变化趋势，暗示其对不同碳水化合物的偏好性。纤维素降解菌Ruminococcus在D组丰度最高。

代谢组学特征

3,907个注释代谢物中，差异代谢物主要富集于组氨酸代谢、硫胺素代谢等通路。关键发现包括：硫胺素含量随FNDF/starch升高而降低，而抗氧化物质麦角硫因(ergothioneine)前体hercynine含量上升。高FNDF/starch组中组胺水平下降，可能减轻炎症反应。

转录组调控网络

共鉴定825个差异表达基因(DEG)，TPK1基因表达与硫胺素含量呈负反馈关系。脂肪酸结合蛋白FABP4表达随FNDF/starch升高而下降，而乙酰辅酶A羧化酶(ACACA)表达上升，反映乙酸代谢增强。钠钾泵基因ATP1A1/ATP1B3表达变化与VFA浓度显著相关。

讨论

本研究首次系统阐释了FNDF/starch比例通过"微生物-代谢物-基因"轴调控湖羊生长的机制。0.23比例通过优化微生物组成（提高Firmicutes/Bacteroidota比值）、维持适宜VFA比例（乙酸:丙酸≈1.3:1）和促进上皮发育，实现最佳生产性能。值得注意的是，TPK1基因的反馈调节揭示了宿主对硫胺素缺乏的适应性反应，而hercynine的积累表明高纤维日粮可增强抗氧化防御。

结论

日粮FNDF/starch比例显著影响湖羊瘤胃发育与生长性能，0.23比例通过塑造特定微生物群落结构、调控维生素代谢通路和上皮转运基因表达，实现营养利用最优化。该研究为反刍动物精准饲养提供了重要分子依据。