《Animal Nutrition》：Integrated multi-omics of the ruminal microbiome and host metabolome reveals compensatory growth in response to dietary energy restriction and re-alimentation in growing beef bulls
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本研究针对肉牛生产中饲料效率低和氮排放高的关键问题，通过日粮能量限制与恢复策略，系统揭示了肉牛补偿性生长的生理机制。研究人员采用多组学技术，发现能量调控可重塑瘤胃微生物群落结构，显著提升微生物粗蛋白（MCP）合成效率，并激活谷氨酸、谷氨酰胺和丙氨酸代谢通路，最终通过优化氮代谢实现高效补偿生长。该研究为精准营养调控提供了理论依据，对推动绿色畜牧业发展具有重要意义。
在畜牧业占据全球农业总产值40%的背景下，肉牛生产面临着提升饲料效率（FE）和减少环境污染的双重挑战。反刍动物仅能利用约25%的日粮氮和能量，剩余部分通过粪尿排泄导致水体富营养化等环境问题。补偿性生长作为动物在营养恢复后加速生长的生理现象，为改善饲料效率提供了新思路，但其背后机制尚不明确。
为探究日粮能量调控对肉牛补偿性生长的影响，中国农业大学研究团队在《Animal Nutrition》发表了最新成果。该研究通过4周能量限制（9.25 MJ/kg ME）和2周恢复期（10.29 MJ/kg ME）的干预实验，结合宏基因组学和非靶向代谢组学技术，系统揭示了瘤胃微生物与宿主代谢的协同适应机制。
研究采用12头6-8月龄西门塔尔杂交阉牛，随机分为能量限制组（REC）和对照组（CON）。通过代谢笼饲养系统收集血液、瘤胃液、粪便和尿液样本，运用气相色谱、酶联免疫吸附、Illumina NovaSeq测序平台等关键技术，分析了生长性能、瘤胃发酵、氮平衡及多组学指标。
3.1 生长性能与养分消化率
能量限制期REC组平均日增重（ADG）显著降低42.11%（0.71 vs. 1.33 kg/d），但恢复期通过补偿生长实现ADG反超（1.65 vs. 1.47 kg/d）。饲料效率（FE）在恢复期显著提升至23.31%，表明能量再饲喂可有效优化营养分配。
3.2 瘤胃发酵与转氨酶活性
限制期瘤胃丙酸、总挥发性脂肪酸（TVFA）和微生物粗蛋白（MCP）浓度显著下降，而恢复期MCP反超对照组38%。谷氨酰胺合成酶（GS）和丙氨酸脱氢酶（ADH）活性变化表明能量供应直接影响微生物氮代谢效率。
3.3 氮代谢重编程
能量限制导致尿氮排泄增加72.32 g/d，氮沉积降低33.3%。恢复期通过增强尿素循环，使血浆尿素氮（PUN）从6.14 mmol/L降至4.89 mmol/L，氮利用率（NUE）提升至30.64%。
3.5 血浆代谢组特征
非靶向代谢组发现108种差异代谢物。限制期抑制氨基酸生物合成通路，恢复期激活半胱氨酸-蛋氨酸代谢、甘氨酸-丝氨酸代谢等通路，促进蛋白质沉积。
3.6 微生物群落重构
宏基因组分析显示，限制期乳酸杆菌（Limosilactobacillus）、肠球菌（Enterococcus）丰度上升，恢复期乙酸杆菌（Acetobacter）、苍白杆菌（Phaeobacter）等促蛋白合成菌群显著富集。KEGG通路富集分析证实，能量再饲喂上调了氨基化、转氨基相关基因（如K00264、K00265）表达。
3.8 跨组学关联网络
相关性分析揭示创伤酸浓度与戈登氏菌（Gramella）丰度正相关，硬脂酸与selenomonas菌互作，表明微生物-代谢物共变网络驱动补偿生长。
本研究通过多组学整合证明，日粮能量波动通过三重机制优化补偿生长：（1）重塑瘤胃微生物生态，提升MCP合成效率；（2）激活宿主氨基酸代谢通路，减少尿氮损失；（3）增强尿素氮再循环，实现氮资源高效利用。该研究不仅阐明了能量调控的分子基础，还为开发低排放、高效益的肉牛饲养方案提供了精准靶点。未来需在更大群体和更长周期中验证该策略的普适性，推动畜牧业可持续发展。
