2016-12-22
——不同飼喂方式影響羔羊瘤胃發育的分子機制
瘤胃是反芻動物特有的消化器官，成年羊的瘤胃相對重量占全胃的60%左右，它是宿主執行吸收、代謝功能的重要組織。有研究報道，不同飼喂方式會影響羔羊瘤胃的發育，以及瘤胃微生物菌落的組成也會對瘤胃的發育造成影響。原來，相比純母乳飼喂方式，固體開食料可以在瘤胃微生物的作用下發酵產生更多的揮發性脂肪酸（VFA），VFA有助于瘤胃乳頭的發育，瘤胃乳頭的生長就有助于新生羔羊的瘤胃形態向成年羊瘤胃形態的轉變。那么，這其中的轉錄調控機制是怎樣的呢？
為了揭示不同飼喂方式影響羔羊瘤胃生長發育的分子機制，甘肅農業大學動物科技學院王為民課題組與派森諾生物合作通過轉錄組測序（RNA-Seq）和微生物多樣性測序技術(16s rRNA- Seq)對不同飼喂方式的羔羊瘤胃組織和瘤胃微生物菌群進行了研究。
研究者選擇12只純種雄性湖羊羔作為研究對象，6只從出生開始進行純母乳喂養（breast milk- -fed group）,另外6只從出生第7天開始進行開食料喂養（starter feed-fed group），兩組羔羊均生長到第42天時被宰殺并采樣。根據瘤胃發育的組織形態和瘤胃發酵參數等指標，作者每組各選3個樣本進行轉錄組測序；12個樣本的瘤胃內容物均用于瘤胃微生物菌群的研究。
轉錄組研究結果
對兩種不同飼喂方式的羔羊瘤胃組織分別進行轉錄組測序，共得到225個差異表達基因，其中上調差異基因188個，富集的通路主要集中在脂代謝和碳水化合物代謝等羔羊瘤胃發育過程中的關鍵代謝通路，如HMGCL 和HMGCS2 主要參與丁酸甲酯代謝通路。差異基因聚類分析結果顯示，兩組不同飼喂方式的生物學重復樣本之間進行了很好的聚類，同時差異基因之間也呈現出明顯的表達模式聚類。為了進一步驗證不同飼喂方式導致的差異表達基因，研究者選取了其中7個進行驗證（ECM2, Serpinb1, KRT4, Cox8c, SLC14A1, HMGCL, and HMGCS2），qPCR驗證結果也與轉錄組結果具有很好的一致性。
結果說明兩種不同飼喂方式確實會對羔羊瘤胃的生長發育造成影響，飼喂開食料的羔羊瘤胃中脂代謝和碳水化合物代謝等主要代謝通路被激活，代謝產生的酮體對瘤胃的生長發育具有重要作用。
微生物多樣性研究結果
飲食是影響瘤胃微生物菌群組成的重要因素，對兩種不同飼喂方式的瘤胃內容物進行微生物多樣性檢測，結果發現開食料喂養和純母乳喂養的瘤胃菌群豐度有顯著差異（p-value<0.05）。PCoA分析結果顯示兩組樣本分別聚在一起，表現出各自特有的微生物組成。此外，結果還發現純母乳喂養的瘤胃菌群種類比開食料喂養的瘤胃菌群種類多，但是開食料喂養的羔羊瘤胃中的絕對菌群豐度要比純母乳喂養高很多，微生物活力及發酵能力都較強，如占主要微生物組成的擬桿菌（Bacteroidetes）、厚壁菌（Firmicutes）、普世菌屬（Prevotella）等。
聯合分析
作者進一步對轉錄組和微生物多樣性進行了整合分析：羔羊由于采食了不同的食物，食物的組成影響了瘤胃微生物的組成及豐度，開食料喂養的瘤胃內容物中的優勢菌群對飼料進行發酵作用產生揮發性脂肪酸（VFA），如丁酸鹽，經瘤胃上皮細胞吸收進入脂肪酸代謝途徑。由于瘤胃上皮吸收了更多的VFA, 從而使脂肪酸代謝通路中與生酮作用密切相關的基因HMGCL 和HMGCS2表達量增加，酮體的增多進而促進瘤胃的生長發育。
該研究成果于今日發表在期刊《Scientific Reports》（影響因子5.228），瘤胃組織的轉錄組測序和瘤胃內容物的微生物多樣性檢測由上海派森諾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.
