徐州牛瘤胃关键菌群与微生物代谢物通过氨基酸代谢调控日增重的多组学整合研究

这篇研究通过整合宏基因组学和代谢组学分析，揭示了徐州牛瘤胃中关键微生物（Victivallales和Lentisphaerae）及代谢物（γ-谷氨酰酪氨酸、Asp-Phe等）通过氨基酸代谢通路（如ko00250）正向调控平均日增重（ADG）的机制。研究首次明确了高/低ADG组间菌群结构（如Bacteroidota/Firmicutes比例）、碳水化合物活性酶（CAZymes）及代谢模块（如M00007）的差异，为通过精准饲喂提升肉牛生长性能提供了理论依据。

　　

研究背景

徐州牛作为中国优质肉牛品种，其生长性能与瘤胃微生物的关联尚未明确。研究选取10头极端表型个体（高/低ADG组），通过宏基因组和代谢组学分析，首次系统揭示了瘤胃微生物群落与宿主日增重的调控网络。

瘤胃微生物组特征

测序数据揭示两组共享94.2%的菌门（如优势菌门Bacteroidota和Firmicutes），但高ADG组特异性富集Lentisphaerae门（P<0.05）。在属水平，高ADG组的Streptomyces和Lactobacillus（益生菌）丰度显著升高，而低ADG组则以耐寒菌Psychrobacter为主。物种层面，Victivallales bacterium ADurb.Bin242等17个物种在高ADG组显著富集（相对丰度>0.001%）。

功能代谢差异

KEGG分析显示高ADG组碳水化合物代谢（ko00524）和氨基酸代谢（ko00250）通路活跃，尤其是苏氨酸转化为异亮氨酸模块（M00057）。CAZymes注释发现高ADG组富含糖苷水解酶（GHs，如GH2/GH97），可高效降解纤维素。代谢组学鉴定出10种差异代谢物，其中γ-谷氨酰酪氨酸和N-乙酰天冬氨酸在高ADG组显著上调（log₂FC<-0.6，P<0.05）。

微生物-代谢物互作

Spearman相关性分析揭示Victivallales bacterium与γ-谷氨酰酪氨酸呈显著负相关（R>0.5）。随机森林模型进一步锁定Victivallales bacterium和Asp-Phe为ADG关键预测因子（AUC=0.900）。

应用价值

研究为通过调控瘤胃菌群（如补充Lentisphaerae）或靶向代谢物（如γ-谷氨酰酪氨酸）提升肉牛生长性能提供了精准干预策略。未来需结合梯度饲喂实验验证菌群-宿主的因果关联。