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调控奶牛乳脂率的瘤胃微生物和代谢表征物的筛选鉴定

调控奶牛乳脂率的瘤胃微生物和代谢表征物的筛选鉴定

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作者：吴建民黑龙江八一农垦大学

学位级别：硕士

乳脂肪含量是评价奶牛泌乳性能的重要指标,其合成过程涉及到日粮营养物质通过奶牛机体转化为乳营养成分的复杂生物学过程,受日粮配方、遗传背景、生理状态、瘤胃微生物等多方面的影响。瘤胃微生物可以通过自身合成的酶类降解日粮营养物... 详细信息

乳脂肪含量是评价奶牛泌乳性能的重要指标,其合成过程涉及到日粮营养物质通过奶牛机体转化为乳营养成分的复杂生物学过程,受日粮配方、遗传背景、生理状态、瘤胃微生物等多方面的影响。瘤胃微生物可以通过自身合成的酶类降解日粮营养物质产生小分子成分,为乳脂肪前体物生成提供底物。瘤胃内脂质合成代谢是影响乳脂肪前体物生成的重要因素。奶牛机体对脂质代谢物的转运和代谢效率,在一定程度上可以影响乳脂肪的合成过程及最终产量。在瘤胃微生物对日粮营养物质的降解功能,及瘤胃内脂质合成代谢生理调控的协同作用下,产生的前体物是乳脂肪合成的必要物质基础,乳脂肪前体物合成不足可以引起牛乳中乳脂肪含量下降。但关于瘤胃微生物组、瘤胃脂质代谢物,以及奶牛机体脂质合成代谢功能与乳脂肪合成之间调控网络的报道相对较少。因此,本试验通过瘤胃宏基因组、瘤胃脂质组全定量和血浆脂质组全定量检测分析,探讨奶牛瘤胃微生态系统及体内脂质合成代谢与乳脂肪合成过程存在的潜在调节关系,同时通过对低乳脂含量奶牛进行瘤胃内容物移植试验,验证瘤胃微生物组与脂质代谢物协同作用对乳脂率产生的表观影响。为明确瘤胃微生态系统与乳脂肪合成之间调节机制提供试验依据。经过对牧场内全部奶牛为期12个月的DHI数据定向追踪,筛选出乳脂肪含量长期偏高（4.1%＜乳脂肪含量）的奶牛5头为HighMF组、乳脂肪含量长期偏低（3.2%＜乳脂肪含量＜3.7%）的奶牛5头为LowMF组后进行后续试验。试验采用脂质组学全定量技术检测HighMF组和LowMF组奶牛瘤胃内容物、血浆中脂质代谢物的差异。对检测结果分析后,确定HighMF组奶牛瘤胃内容物中显著升高（P＜0.05）的脂质代谢物包括14种三脂酰甘油和1种磷脂酰乙醇胺,分别是:TAG（12:0/12:0/16:1）、TAG（12:0/14:0/16:0）、TAG（12:0/12:0/18:0）、TAG（14:0/16:1/14:0）、TAG（12:0/18:1/16:1）、TAG（14:0/16:0/16:1）、TAG（14:0/16:1/18:1）、TAG（14:0/16:0/18:0）、TAG（16:0/17:1/18:1）、TAG（16:0/17:0/18:1）、TAG（16:1/18:3/18:3）、TAG（16:0/17:0/18:0）、TAG（18:1/18:1/19:0）、TAG（19:0/19:0/19:0）和PE（22:5/16:0）,表明奶牛瘤胃中乳脂肪前体物底物浓度和乳糖转运效率,可能对乳脂肪含量存在调节机制。血浆中主要差异脂质代谢物包括5种磷脂酰胆碱和1种磷脂酰乙醇胺,分别是:PC（P-20:0/11:0）、PC（P-16:0/18:2）、PC（22:4/0:0）、PC（17:0/18:1）、PC（17:0/20:4）和PE（23:0/18:0）,表明奶牛血浆中脂肪吸收与转运、脂蛋白合成效率同样可能对乳脂肪含量存在调节机制。试验采用宏基因组技术检测HighMF组和LowMF组奶牛瘤胃内微生物组成结构与基因功能存在的差异。对检测结果分析后,确定HighMF组奶牛瘤胃中相对含量显著升高的反刍兽月形单胞菌（Selenomonas ruminantium）、Butyrivibrio proteoclasticus、丁酸弧菌（Butyrivibrio）、小韦荣氏球菌（Veillonella parvula）和干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）有助于提升瘤胃内短链脂肪酸的产量;而栗酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）则有助于提升瘤胃内中长链脂肪酸的产量,并首次发现,乳脂肪产量可能与Hyphopichia、油脂酵母（Lipomyces）和粘红酵母（Rhodotorula）3种瘤胃微生物有关。HighMF组奶牛瘤胃内糖苷水解酶和碳水化合物结合模块的基因富集程度显著高于LowMF组（P＜0.05）;脂肪酸代谢、甘油磷脂代谢、脂肪酸生物合成、鞘脂代谢和丁酸代谢等脂质代谢的基因富集程度显著高于LowMF组（P＜0.05）。HighMF组与表达糖苷水解酶相关的GH1、GH2、GH3、GH5、GH16、GH27、GH43、GH51、GH53、GH55、GH67、GH74、GH78和CBM6基因数量极显著高于LowMF组,GH38、GH116和CBM3基因数量显著高于LowMF组,其中GH43为主要富集基因;与脂质转运与代谢功能相关的COG0657、COG0318和COG0304基因数量极显著高于LowMF组,COG1022基因数量显著高于LowMF组,其中COG0318为主要富集基因。差异基因GH43主要由拟杆菌门以及丁酸弧菌属和普雷沃氏菌属微生物编码,差异基因COG0318主要由变形菌门和厚壁菌门微生物编码。这些基因及其数量上的差异可

关键词：荷斯坦奶牛乳脂肪瘤胃微生物组脂质代谢物瘤胃内容物移植

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