基因组解析的宏基因组学研究表明，绵羊在摄入富含纤维和淀粉的饮食后，其胃肠道微生物群会发生相应适应性变化

《Animal Nutrition》：Genome-resolved metagenomics reveals gastrointestinal microbiome adaptations in sheep responding to fiber- and starch-rich diets

微生物群系结构及功能适应性研究。

　　本研究聚焦于反刍动物胃肠道微生物群落如何响应饮食结构的变化，特别是从富含纤维的草料饮食（FR）转变为富含淀粉的谷物饮食（SR）对羊的瘤胃、空肠和盲肠微生物组成与功能的影响。反刍动物，如羊、牛、山羊和鹿，其消化系统具有独特的结构，能够高效分解植物纤维，这是它们长期适应草食性生活方式的结果。然而，现代集约化养殖实践中，通常会减少纤维含量并增加谷物比例，以提高生产效率。这种饮食模式的变化可能会对动物的代谢健康产生负面影响，如引发瘤胃酸中毒等疾病。尽管已有大量研究关注于瘤胃微生物，但对于整个胃肠道微生物群落在纤维减少情况下的变化仍存在许多未知。因此，本研究通过基因组解析的宏基因组学方法，对不同饮食条件下羊的胃肠道微生物群落结构与功能变化进行了系统分析。

在实验设计中，选择了10只健康且年龄约为180天的湖羊作为研究对象，这些羊被分为FR组和SR组，每组5只。FR组的饮食构成以96.4%的牧草和3.6%的谷物为主，而SR组则将谷物比例提高至60%。在实验期间，羊的体重和进食量被记录，并在第28天进行屠宰，以获取瘤胃、空肠和盲肠的内容物进行微生物分析。实验结果显示，SR组的羊在平均日增重方面显著高于FR组，表明富含谷物的饮食能够促进生长。然而，这种饮食结构的改变也对胃肠道微生物群落产生了深远的影响，包括发酵模式、微生物组成和功能的变化。

在微生物组成方面，研究发现SR组的羊在瘤胃、空肠和盲肠中，某些微生物的相对丰度发生了显著变化。例如，瘤胃中的Prevotella属、Alistipes属、RC9属、CAG-110属和Akkermansia属在SR组中丰度显著增加或减少，这些变化主要与纤维含量的降低有关。此外，SR组的胃肠道微生物群落中，与纤维降解相关的功能也出现了显著的改变，这表明微生物在面对饮食结构的变化时，其代谢能力可能受到抑制。同时，研究还发现，某些微生物的基因组特征在不同胃肠道区域表现出明显的差异，这些差异不仅体现在物种层面，还延伸至菌株层面。这种菌株层面的差异可能对胃肠道的代谢功能产生重要影响，特别是在纤维降解和能量获取方面。

为了深入理解这些变化，研究者利用了之前构建的代表性微生物基因目录（RGMGC）以及10,373个宏基因组组装基因组（MAGs），对不同胃肠道区域的微生物组成、菌株多样性以及碳水化合物活性酶（CAZymes）的分布进行了高分辨率分析。研究结果表明，从FR饮食向SR饮食的转变显著改变了微生物群落的发酵模式，同时影响了微生物的结构和功能。例如，SR组的瘤胃和盲肠中，短链脂肪酸（SCFAs）的总浓度显著增加，而pH值则显著降低，这可能与微生物代谢活动的增强有关。此外，某些微生物的丰度变化与纤维含量的减少直接相关，例如Akkermansia属的丰度在盲肠中显著增加，这可能与其对黏蛋白的降解能力有关。

研究还发现，不同胃肠道区域的微生物群落差异远大于不同饮食组之间的差异。这表明胃肠道的生理结构和环境条件对微生物群落的组成具有重要的影响。例如，瘤胃中的微生物群落主要由Bacillota、Bacteroidota、Patescibacteria和Actinomycetota等菌门组成，而盲肠中的微生物群落则表现出不同的特征。此外，不同菌株在胃肠道中的分布也表现出明显的区域特异性，这可能与各区域的营养物质供给和代谢需求有关。例如，Prevotella属在SR组中的瘤胃中丰度显著增加，而其在盲肠中的丰度则有所减少。这种变化可能反映了Prevotella菌株对不同碳水化合物的适应性差异，以及它们在不同胃肠道区域中的代谢策略。

在功能层面，研究分析了不同饮食条件下微生物群落的代谢能力变化。结果表明，SR组的瘤胃中，与淀粉和蔗糖代谢相关的基因显著增加，这可能与谷物摄入量的增加有关。同时，与纤维降解相关的基因在SR组中丰度显著减少，这表明纤维减少可能抑制了某些微生物的代谢活动。此外，不同胃肠道区域的微生物群落功能也表现出显著的差异，例如，瘤胃中的代谢通路多样性显著高于盲肠和空肠，这可能与瘤胃作为主要发酵场所的特性有关。研究还发现，某些微生物的菌株在不同饮食条件下表现出显著的功能差异，例如，Prevotella菌株在FR组中编码更多与纤维降解相关的CAZymes，而在SR组中则表现出相反的趋势。

这些发现不仅揭示了饮食结构对胃肠道微生物群落的深远影响，还为理解微生物如何调节胃肠道健康提供了新的视角。此外，研究还为反刍动物的微生物资源利用提供了重要的酶基因资源，这对于优化饮食策略和提高动物生产效率具有重要意义。然而，本研究也指出了当前研究的一些局限性，例如，对于空肠样本的获取不足导致无法分析该区域的发酵参数，这可能影响对整体胃肠道微生物群落变化的理解。因此，未来的研究需要采用更全面的样本采集方法，并结合长期追踪研究，以进一步验证这些发现，并探索微生物与宿主代谢之间的复杂关系。

总之，本研究通过宏基因组学和基因组解析的方法，深入探讨了富含纤维与富含淀粉饮食对反刍动物胃肠道微生物群落的影响。研究结果表明，饮食结构的改变不仅影响微生物的组成，还显著改变其功能特性。这些变化可能与微生物对不同营养物质的适应性有关，同时也可能对动物的代谢健康产生重要影响。因此，深入理解微生物与饮食之间的相互作用，对于优化反刍动物的饲养管理策略和提高其健康水平具有重要的现实意义。