近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)姚軍虎教授團隊研究論文“An integrated microbiome- and metabolome-genome-wide association study reveals the role of heritable ruminal microbial carbohydrate metabolism in lactation performance in Holstein dairy cows”在線發(fā)表于《Microbiome》。學(xué)院博士研究生張晨光為論文第一作者，我院姚軍虎教授、武圣儒副教授和貝爾法斯特女王大學(xué)生物科學(xué)學(xué)院全球糧食安全研究所Sharon A. Huws教授（英國）為共同通訊作者。
牛奶是一種國民高品質(zhì)生活不可或缺的優(yōu)質(zhì)動物食品，提升產(chǎn)奶效率以及牛奶的產(chǎn)量和品質(zhì)是奶牛飼養(yǎng)業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)需求。同時，增加奶牛的產(chǎn)奶效率也將減少養(yǎng)牛業(yè)的甲烷排放。此背景下，宿主遺傳學(xué)和瘤胃微生物作為影響泌乳性能這一復(fù)雜性狀的重要因素受到了廣泛的研究。然而，受宿主遺傳學(xué)影響且高度遺傳的瘤胃微生物群組成、功能和代謝特征的系統(tǒng)研究仍很缺乏，同時，這些高度遺傳的瘤胃微生物亞群對奶牛泌乳性能的影響尚不清楚。這不僅限制了奶牛瘤胃微生物的營養(yǎng)調(diào)控研究及應(yīng)用，同時也阻礙了奶牛生產(chǎn)性能的選育進程。
為此，研究團隊共收集了相同飼養(yǎng)管理條件下304頭荷斯坦奶牛的血液，瘤胃液樣本，分別進行瘤胃微生物宏基因組，瘤胃代謝組和宿主全基因組重測序，并測定和收集了對應(yīng)的生產(chǎn)性能數(shù)據(jù)（包括產(chǎn)奶量、乳脂、乳糖、乳蛋白以及瘤胃揮發(fā)性脂肪酸）。利用microbiome-GWAS，metabolome-GWAS以及MWAS的技術(shù)手段整合以上數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）奶牛瘤胃微生物群落中的高遺傳力子集，其丙酸生成酶基因豐富而乙酸生成酶基因較少，進而降低瘤胃乙丙比并提高能量校正乳產(chǎn)量；（2）奶牛血液中SLC30A9基因（Zn2+轉(zhuǎn)運載體基因）的SNP變異參與調(diào)控瘤胃液中的普雷沃氏菌屬分泌低聚糖降解酶；血液5s_rRNA基因的SNP變異參與調(diào)控假丁酸弧菌屬的亞油酸代謝，進而影響泌乳性能。
本研究將瘤胃微生物群的組成、功能和代謝變化與宿主SNP變異相結(jié)合，揭示了奶牛如何主動塑造和選擇瘤胃微生物群來調(diào)節(jié)泌乳性能。這些發(fā)現(xiàn)通過瘤胃微生物群作為介導(dǎo)將奶牛營養(yǎng)與遺傳建立起聯(lián)系，為改善奶牛能量利用率提供了理論依據(jù)和可選方案。
本研究得到了國家自然科學(xué)基金（32272829）的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s40168-024-01937-3
