消化道微生物调控产后奶牛采食的机制研究

Metabolic disorders and decreased performance of postpartum cows caused by negative energy balance has been the bottlenecks restricting the development of the dairy industry, improving feed intake of postpartum cows is the key method to solve the problem. New researches show that gastrointestinal microbiota play an important role in appetite regulation, and has been demonstrated by our pre-experiment with postpartum cows. However, regulation of appetite in postpartum cow is under multiple pathways and complex, the knowledge of which taxa of gastrointestinal microbiota plays major role in appetite regulation and the mechanism still limited, which restrict the application of reshaping gastrointestinal microbiota to enhance feed intake of postpartum cow. Therefore, this project plans to discover the major microbiota taxa in appetite regulation of postpartum cow with multiple omics technologies, and to explore the mechanism of appetite regulation by microbial community transplantation technology.

奶牛产后能量负平衡引起的代谢性疾病高发和生产性能下降，是奶牛生产的世界性难题，改善奶牛产后采食量是解决该问题的核心。最新研究表明，消化道微生物在食欲调节中具有重要作用，本课题组在新产奶牛上也初步证实了这种调节作用。但新产奶牛采食调节具有多途径和复杂性的特点，人们对哪些微生物类群通过哪些途径对新产奶牛采食发挥了调节作用的认识依然有限，制约了通过调控消化道微生物改善新产奶牛采食量的实践。因此本项目拟利用多组学技术相结合，挖掘发挥采食调节作用的主要微生物类群，并通过 “微生物群落移植”技术重塑新产奶牛消化道微生物群落，以期揭示消化道微生物对新产奶牛采食量的调控途径和机理。

本研究针对围产期奶牛采食量低这一产业难点，采用国际上先进的奶牛自动饲喂系统和奶牛活体肝穿刺等技术，结合瘤胃液移植等研究手段从以下6个方面探究消化道微生物调控产后奶牛采食量的机制：（1）新产奶牛瘤胃菌群的差异及其与采食量的相关性；（2）新产奶牛粪便菌群的差异及其与采食量的相关性；（3）新鲜或灭菌瘤胃液菌群移植对新产奶牛胃肠道活性菌群的影响；（4）新鲜或灭菌瘤胃液菌群移植对新产奶牛产奶性能、瘤胃菌群和瘤胃代谢的影响；（5）新鲜或灭菌瘤胃液菌群移植对新产奶牛肝脏转录组的影响；（6）新鲜或灭菌瘤胃液菌群移植对围产期奶牛血液代谢和激素水平的影响。结果表明：高采食量新产奶牛瘤胃菌群与低采食量新产奶牛瘤胃菌群存在差异，而粪便菌群不存在差异，瘤胃菌群组成与新产牛采食量相关性更大。给新产牛移植高产奶牛瘤胃液能够重塑瘤胃微生物环境，提升新产牛采食量和产奶量，且灭菌瘤胃液效果更佳。新鲜瘤胃液移植对胃肠道活性菌群的生态影响快速且直接，而灭菌瘤胃液则需在代谢产物介导下间接发生转变。灭活瘤胃液组奶牛肝脏表达谱的改变主要集中在机体免疫与炎性反应相关的基因中，新鲜瘤胃液的移植对肝脏表达谱未产生显著影响。菌群移植显著改变了血液氨基酸和脂肪酸浓度，尤其是长链脂肪酸。瘤胃菌群移植通过改变胃肠道菌群影响长链脂肪酸浓度，进而调节血液采食相关激素的水平来调控奶牛采食量。本研究为有效调控围产期奶牛采食量提供理论基础和实践指导，提升围产期奶牛生产性能和健康水平。