短链脂肪酸调控断奶前犊牛胃肠道健康发育机制

Well development of gastrointestinal tract is one most important key step to improve the potential performance in calves. Previous studies have shown that short chain fatty acids (SCFA) can improve the development of the gastrointestinal tract but without more mechanism details. Newborn calves only can produce very little SCFA as poor development of the gastrointestinal tract and gut microflora. This study will test the hypothesis that administering SCFA will enhance the development of the gastrointestinal tract through improving gut microorganism colonization and the improvement of anti-inflammatory actions in calves. This research will identify the mechanisms of SCFA action on gastrointestinal tract development of calves before weaning using histomorphology and ‘omics technologies to study aspects of the colonization of gastrointestinal microorganisms, intestinal inflammation, and the potential growth of the gastrointestinal tract in calves. Through the implementation of this project, theoretical basis will be provided for improving calf health and benefiting the dairy industry.

胃肠道健康发育是影响犊牛生长及其潜在生产性能发挥的关键。研究报道，短链脂肪酸（short chain fatty acids, SCFA）和胃肠道微生物可促进幼龄动物胃肠道健康发育，但具体机制还不明确。鉴于新生犊牛胃肠道发育不健全，胃肠道内微生物种类及丰度均较低，内源性产生的代谢产物SCFA量较少。为此，本项目提出外源添加SCFA通过影响断奶前犊牛胃肠道微生物的定植，维持肠道黏膜屏障的完整性及提高肠道抗炎能力，进而促进犊牛胃肠道健康发育这一科学假设。从胃肠道上皮和微生物两个层次，拟采用组织形态学，微生物基因组学、转录组学和蛋白质组学等多组学技术来探究SCFA促进断奶前犊牛胃肠道发育的分子机制，解析SCFA对断奶前犊牛胃肠道微生物定植的影响及机理，并验证SCFA对断奶前犊牛炎症状态下肠道发育的调节作用，阐明SCFA调控断奶前犊牛胃肠道健康发育机制，为犊牛健康培育与科学饲养提供理论和方法依据。

胃肠道健康发育是影响犊牛生长及其潜在生产性能发挥的关键。研究报道，短链脂肪酸可促进幼龄动物胃肠道健康发育，但具体机制还不明确。鉴于新生犊牛胃肠道发育不健全，胃肠道内微生物种类及丰度均较低，内源性产生的代谢产物SCFA量较少。为此，本项目通过外源添加丁酸钠饲喂断奶前犊牛，探究丁酸钠调节断奶前犊牛健康生长机制，并采用16s RNA微生物学技术解析丁酸钠调控断奶前犊牛消化道微生物菌群定植，进一步采用大肠杆菌K99攻毒，验证丁酸钠对断奶前犊牛炎症状态下健康生长的调节作用，为犊牛健康培育与科学饲养提供理论和方法依据。研究结果显示，（1）不同剂量的丁酸钠可显著提高断奶前犊牛日增重、体重及体高，提高饲料转化率，进而促进犊牛的生长，可降低瘤胃内NH3-N含量，提高抗氧化及免疫性能，缓解犊牛腹泻，且添加30 g/d丁酸钠效果最佳；（2）添加丁酸钠可显著影响断奶前犊牛瘤胃微生物和粪便微生物菌群结构，增加Bacteroidota丰度，降低Fimicutes丰度，改变Fimicutes/Bacteroidota比例。同时还促进瘤胃微生物参与代谢相关等途径。此外，添加丁酸钠能够在一定程度上增加微生物α多样性，调节并改善肠道菌群结构，从而有助于吸收代谢过程，促进犊牛生长发育；（3）丁酸钠通过提高大肠杆菌K99攻毒的断奶前犊牛的抗氧化性能进而缓解腹泻；（4）项目实施期间，共发表论文3篇，其中SCI2篇，协助培养研究生4名，其中1名硕士研究生在该项目的支持下毕业，项目负责人在项目实施期间晋升为副研究员，并先后获2019年北京市农业技术推广奖一等奖（第4完成人）、农业技术推广合作奖（第9完成人）、黑龙江省科学技术奖二等奖（第8完成人）。