利用宏基因组学方法探究奶牛肠道微生物群与牛奶产量之间的关系

《Indian Journal of Microbiology》：Metagenomics Approach for Identification of Relationship Between Gut Microbiome and Milk Productivity in Dairy Cattle

低成本非侵入性技术用于动物科学中生产力分析，通过 dung metagenomics 研究发现高产量奶牛肠道菌群拟杆菌门/厚壁菌门比值更低，富含纤维分解菌和短链脂肪酸生成菌，与产奶量显著相关。

　　

摘要

在动物科学领域，低成本且无创的生产力分析技术是一个亟待验证的研究方向。迄今为止，已有研究表明牛奶产量与蛋白质含量以及瘤胃微生物群之间存在中等程度的相关性。本研究旨在通过粪便宏基因组学来探索和比较微生物生态学，并确定肠道微生物群对奶牛产奶量的影响。研究人员分析了来自ICAR-NDRI畜牧研究中心的189头萨希瓦尔（Sahiwal）奶牛的产奶数据。在这些奶牛中，每个类别（高产奶量组：7.95–10.06公斤/天；低产奶量组：1.62–3.73公斤/天；以及非泌乳对照组：平均产奶量5.84公斤/天）各选取了4头奶牛进行进一步研究。理化分析结果显示，低产奶量组的牛奶中碳和蛋白质含量较高，而粪便中的酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、粗纤维和蛋白质含量则高于高产奶量组。高产奶量组的厚壁菌门（Firmicutes）与拟杆菌门（Bacteroidetes）的比例为1.85，低于对照组（2.18）和低产奶量组（2.32）。多样性指标（ACE、Chao、Shannon和β-多样性）显示，高产奶量组、低产奶量组和非泌乳组之间存在明显的分群现象，同时泌乳早期和后期阶段之间也存在差异。高产奶量组的克雷伯菌属（Clostridia）、拟杆菌属（Bacteroidia）、乳酸菌属（Lactobacillus）和纤维杆菌属（Fibrobacter）相对丰度较高，而低产奶量组则以γ-变形菌门（Gammaproteobacteria）、不动杆菌属（Acinetobacter）和普雷斯科特菌属（Prescotella）为主。在高产奶量组中，肠球菌属（Enterococcus，39%）、气球菌属（Aerococcus，8.1%）、链球菌属（Streptococcus，7.8%）和梭菌属（Clostridium，3.11%）的丰度显著高于非泌乳对照组和低产奶量组。高产奶量组与低产奶量组在代谢途径上存在显著差异，这些差异涉及碳水化合物和氮代谢、能量产生与转化以及氨基酸、维生素和辅因子的生物合成等方面。总体而言，观察到粪便微生物群与奶牛产奶量之间存在显著关联，高产奶量组的微生物组具有较高的多样性，富含能够分解纤维和产生短链脂肪酸的细菌，这表明基于粪便宏基因组学的无创评估方法与奶牛产奶量之间存在紧密联系。