2016-12-22
——不同饲喂方式影响羔羊瘤胃发育的分子机制
瘤胃是反刍动物特有的消化器官，成年羊的瘤胃相对重量占全胃的60%左右，它是宿主执行吸收、代谢功能的重要组织。有研究报道，不同饲喂方式会影响羔羊瘤胃的发育，以及瘤胃微生物菌落的组成也会对瘤胃的发育造成影响。原来，相比纯母乳饲喂方式，固体开食料可以在瘤胃微生物的作用下发酵产生更多的挥发性脂肪酸（VFA），VFA有助于瘤胃乳头的发育，瘤胃乳头的生长就有助于新生羔羊的瘤胃形态向成年羊瘤胃形态的转变。那么，这其中的转录调控机制是怎样的呢？
为了揭示不同饲喂方式影响羔羊瘤胃生长发育的分子机制，甘肃农业大学动物科技学院王为民课题组与派森诺生物合作通过转录组测序（RNA-Seq）和微生物多样性测序技术(16s rRNA- Seq)对不同饲喂方式的羔羊瘤胃组织和瘤胃微生物菌群进行了研究。
研究者选择12只纯种雄性湖羊羔作为研究对象，6只从出生开始进行纯母乳喂养（breast milk- -fed group）,另外6只从出生第7天开始进行开食料喂养（starter feed-fed group），两组羔羊均生长到第42天时被宰杀并采样。根据瘤胃发育的组织形态和瘤胃发酵参数等指标，作者每组各选3个样本进行转录组测序；12个样本的瘤胃内容物均用于瘤胃微生物菌群的研究。
转录组研究结果
对两种不同饲喂方式的羔羊瘤胃组织分别进行转录组测序，共得到225个差异表达基因，其中上调差异基因188个，富集的通路主要集中在脂代谢和碳水化合物代谢等羔羊瘤胃发育过程中的关键代谢通路，如HMGCL 和HMGCS2 主要参与丁酸甲酯代谢通路。差异基因聚类分析结果显示，两组不同饲喂方式的生物学重复样本之间进行了很好的聚类，同时差异基因之间也呈现出明显的表达模式聚类。为了进一步验证不同饲喂方式导致的差异表达基因，研究者选取了其中7个进行验证（ECM2, Serpinb1, KRT4, Cox8c, SLC14A1, HMGCL, and HMGCS2），qPCR验证结果也与转录组结果具有很好的一致性。
结果说明两种不同饲喂方式确实会对羔羊瘤胃的生长发育造成影响，饲喂开食料的羔羊瘤胃中脂代谢和碳水化合物代谢等主要代谢通路被激活，代谢产生的酮体对瘤胃的生长发育具有重要作用。
微生物多样性研究结果
饮食是影响瘤胃微生物菌群组成的重要因素，对两种不同饲喂方式的瘤胃内容物进行微生物多样性检测，结果发现开食料喂养和纯母乳喂养的瘤胃菌群丰度有显著差异（p-value<0.05）。PCoA分析结果显示两组样本分别聚在一起，表现出各自特有的微生物组成。此外，结果还发现纯母乳喂养的瘤胃菌群种类比开食料喂养的瘤胃菌群种类多，但是开食料喂养的羔羊瘤胃中的绝对菌群丰度要比纯母乳喂养高很多，微生物活力及发酵能力都较强，如占主要微生物组成的拟杆菌（Bacteroidetes）、厚壁菌（Firmicutes）、普世菌属（Prevotella）等。
联合分析
作者进一步对转录组和微生物多样性进行了整合分析：羔羊由于采食了不同的食物，食物的组成影响了瘤胃微生物的组成及丰度，开食料喂养的瘤胃内容物中的优势菌群对饲料进行发酵作用产生挥发性脂肪酸（VFA），如丁酸盐，经瘤胃上皮细胞吸收进入脂肪酸代谢途径。由于瘤胃上皮吸收了更多的VFA, 从而使脂肪酸代谢通路中与生酮作用密切相关的基因HMGCL 和HMGCS2表达量增加，酮体的增多进而促进瘤胃的生长发育。
该研究成果于今日发表在期刊《Scientific Reports》（影响因子5.228），瘤胃组织的转录组测序和瘤胃内容物的微生物多样性检测由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
原文索引：
Wang W, Chong L, Li F, et al. Effects of early feeding on the host rumen transcriptome and bacterial diversity in lambs[J].Scientific Reports, 2016, 6.
