FEMS Microbiology Ecology：宏基因组学分析揭示了饲喂低氮日粮并增加尿素补充的绵羊瘤胃微生物群和代谢谱的显著差异

本研究中心李志鹏博士在《FEMS Microbiology Ecology》期刊发表了一篇题为“Metagenomic analysis reveals significant differences in microbiome and metabolic profiles in the rumen of sheep fed low N diet with increased urea supplementation”的研究论文，李志鹏博士和申军士副教授为第一作者，朱伟云教授为通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金（31402101）、中央高校基金（KYZ201856）和江苏省“一带一路”技术合作项目（BZ2018055）的资助。

尿素作为饲料中优质蛋白的经济有效的替代品，广泛应用在反刍动物养殖业中。然而，先前的研究仅只关注了添加尿素对瘤胃微生物群落组成的影响，而没有提供微生物代谢功能的信息。本研究使用尿素配置不同水平粗蛋白的育肥湖羊日粮，应用宏基因组测序方法来检验粗蛋白含量如何影响瘤胃微生物组成和功能变化以及丁酸盐代谢途径的变化。

本试验将42只3个月大的雄性湖羊按照其初始体重（24.3±1.7千克）分为三组。每组中的湖羊羔羊饲喂基于玉米青贮和精料的全混合日粮（55：45，干物质基础），并随机分配到以下三种试验日粮之一：不含尿素的基础日粮（UC，0克/千克干物质）、添加低尿素水平的基础日粮（LU，10克/千克干物质）和添加高尿素水平的基础日粮（湖羊，30克/千克干物质）。每个日粮处理包括14只湖羊。进行为期一周的适应期以及为期十周的试验期，试验结束后每个处理组选取六只湖羊屠宰取留胃内容物进行宏基因组学分析。

本试验结果表明，在门、科、属和种水平上，UC处理的瘤胃微生物组与LU和HU处理差异显著。然而，在UC和HU处理之间没有观察到明显的微生物群落组成差异。LU处理显著降低了厚壁菌门和宽叶菌门的相对丰度，而且显著增加了变形菌门的相对丰度。氨和丁酸盐的浓度随着饮食中尿素的补充而增加，氨基酸和碳水化合物代谢途径也大量改变，对与氨和丁酸盐代谢相关的差异改变基因进行GSEA分析。分析结果显示，与UC处理组相比，LU处理组中参与丁酸盐代谢的KOs增加了567个，全部基因参加了18条代谢途径。在重建的丁酸盐代谢途径中的基因中，参与尿素水解的基因在LU处理中丰度显著增加，参与脯氨酸代谢和精氨酸生物合成的3个基因以及参与精氨酸生物合成的4个基因在LU处理中丰度显著增加。参与甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢以及天冬氨酸向草酰乙酸、富马酸和2-氧代戊二酸代谢的10个基因在LU处理中丰度显著增加。与LU处理相比，HU处理参与丁酸盐代谢的KOs增加了1320个，全部基因参与了10条代谢途径。大多数基因与果糖和甘露糖代谢；糖酵解；戊糖磷酸酯；丙氨酸代谢、天冬氨酸和谷氨酸代谢；半胱氨酸代谢；和赖氨酸降解途径有关，并进一步促进丁酸盐的形成。

综上所述，与UC和HU处理相比，LU处理显著改变了瘤胃微生物类群和与氨基酸代谢相关的功能谱，与绵羊的生长性能相对应。

接受三种处理的绵羊瘤胃中门（甲）、科（乙）和属（丙）水平的微生物组成

与UC处理相比，接受LU处理的瘤胃中参与丁酸盐代谢的KOs增加

（蓝色表示基因相对丰度的增加，红色表示丰度显著增加的基因，虚线表示涉及几个中间步骤）

与LU处理的相比，HU处理的瘤胃中参与丁酸盐代谢的KOs增加

（红色表示基因的相对丰度显著增加，虚线表示涉及几个中间步骤）

文章来源：Li Zhipeng, Shen Junshi, Xu Yixuan, Zhu Weiyun. Metagenomic analysis reveals significant differences in microbiome and metabolic profiles in the rumen of sheep fed low N diet with increased urea supplementation.[J]. FEMS microbiology ecology, 2020.