不同饲料转化率湖羊的生产性能、前消化道微生物群及营养转运蛋白表达差异研究：解锁高效养殖新密码

本文聚焦湖羊，将其按饲料转化率（FCR）分为高低两组。通过 16S rDNA 测序等技术，对比两组湖羊在生产性能、肠道微生物组成等方面的差异并进行关联分析。发现低 FCR 组湖羊饲料效率更高，为湖羊养殖选种及提升效益提供了重要参考。

　　

研究背景

湖羊作为我国舍饲养殖的主导品种，具有生长发育快、环境适应性强等优点。饲料成本在养殖成本中占比高达 70%，提高湖羊饲料效率对降低成本、提升经济效益至关重要。饲料转化率（FCR）是评估饲料效率的常用指标，研究不同 FCR 湖羊在胃肠道微生物、消化酶活性、肉质及生产性能等方面的差异意义重大。动物的消化吸收主要在前消化道进行，瘤胃是反刍动物重要的发酵器官，小肠在营养物质消化吸收中发挥关键作用，其微生物群落和消化酶活性等对饲料利用效率有重要影响。此前虽对不同 FCR 羊的胃肠道微生物组成有所研究，但对 FCR 与羊性能、消化酶活性、肠道转运载体表达水平、肉质及生化指标关系的综合研究仍较缺乏。

材料与方法

1. 动物分组：从四个农场选取 310 只雄性湖羊，56 天断奶后转移至民勤县德富农业科技有限公司养殖。经过 14 天过渡期和 10 天预饲期后，羊只自由采食和饮水，单只饲养。80 日龄开始测量体重、体尺等指标，直至 180 日龄。根据 “肉羊饲养标准（NY/T 816–2004）” 设计全混合颗粒饲料配方，由甘肃润牧生物工程有限公司加工。记录每 10 天的采食量，计算平均日采食量（ADFI），根据 80 - 180 天的 FCR（ADFI / 平均日增重（ADG））进行分组，筛选出异常值后，按 5% 的比例选取 30 只羊分为高 FCR（H-FCR）组和低 FCR（L-FCR）组，每组 15 只。
2. 样本采集与处理：180 日龄时屠宰所有实验羊。屠宰前从颈静脉采集 4 - 5 mL 血液用于测定血液生化指标，羊只禁食 12 小时。屠宰过程在专业兽医监督指导下进行，尽量保障动物福利。采集瘤胃、小肠内容物、小肠黏膜、小肠组织、最长背肌和脂肪组织样本。最长背肌样本用肉质测试仪测定肉质（脂肪、水分、盐分、蛋白质和胶原蛋白），每个肉样做三个生物学重复，每个生物学重复做两个技术重复。样本采集后立即液氮冷冻，再转移至 - 80°C 超低温冰箱保存。测定 α- 淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶活性，对瘤胃和小肠内容物进行 16S rDNA 测序，离心血液后取血清保存用于测定血液生化参数，用气相色谱仪测定瘤胃和小肠中短链脂肪酸（SCFA）含量。
3. 总 DNA 提取与 PCR 扩增：采用十六烷基三甲基溴化铵法提取样本总基因组 DNA，在 1% 琼脂糖凝胶上监测 DNA 浓度和纯度，将 DNA 稀释至 1 μg/μL 后 - 20°C 保存。以小肠样本提取的基因组 DNA 为模板，用引物对 341 F - 806R 扩增 16S V3 - V4 区域，进行 PCR 反应。
4. 文库制备与测序：按照试剂盒说明使用 TruSeq DNA PCR - Free Sample Preparation Kit 制备测序文库并添加索引代码，用 Qubit 2.0 Fluorometer 和 Agilent Bioanalyzer 2100 系统评估文库质量，在 Illumina NovaSeq 平台测序，生成 250 bp 双端测序读长。
5. 测序数据分析与处理：测序后得到原始数据，根据唯一条形码分配双端读长并去除条形码和引物序列，用 FLASH 软件合并双端读长得到原始标签，按特定过滤条件进行质量过滤得到高质量清洁标签，用 UCHIME 算法与参考数据库比对检测并去除嵌合体序列，得到有效标签。将序列按 100% 相似度聚类为扩增子序列变异特征序列，构建稀疏曲线确保测序深度满足分析需求，用 BLAST 算法与参考序列比对注释样本序列，确定各物种水平的群落组成。基于 QIIME 2 和 R 软件计算 α 和 β 多样性指标，进行主坐标分析（PCoA）、非加权组平均法（UPGMA）聚类和线性判别分析效应大小（LEfSe）分析，用 Spearman 相关性分析微生物与性状的关系。
6. 组织表达分析：从 H-FCR 和 L-FCR 组中各随机选取 6 只湖羊进行组织表达分析。检测 SGLT1（钠依赖性葡萄糖转运蛋白 1）、GLUT2（葡萄糖转运蛋白 2）等 9 种基因的表达。根据引物制造商推荐温度设置梯度温度筛选各基因最佳温度，优化定量 PCR（qPCR）条件。用试剂盒将 RNA 反转录为 cDNA，用 BIO - RAD CFX96 Touch 实时荧光定量 PCR 检测系统进行 qPCR 检测，以 GAPDH（甘油醛 3 - 磷酸脱氢酶）为内参基因，用 2^?ΔΔCt法分析数据。
7. 统计分析：用 Excel 2021 汇总计算实验湖羊的所有性状数据，用 SPSS 23.0 软件进行组间表型差异分析和 Spearman 相关性分析，用 t 检验分析 H-FCR 和 L-FCR 组间性状差异，用单因素方差分析（ANOVA）比较瘤胃和小肠门水平相对丰度差异，对 α 和 β 多样性分析的统计检验用 t 检验和秩和检验，并进行多重比较校正，P < 0.05 为差异显著。

研究结果

1. FCR 与生产性能的相关性分析：Spearman 相关性分析表明，FCR 与尾脂、肾周脂、肠系膜脂等脂肪相关指标，断奶重、不同日龄体重、胴体重和屠宰率等显著相关，说明 FCR 可作为湖羊选留的重要指标。
2. 生产性能的比较研究
   • 饲料效率相关性状和生长性状的比较：L-FCR 组在不同阶段的 ADG、ADFI、剩余采食量（RFI）、FCR 和中期测试代谢体重（MBW）均显著低于 H-FCR 组，56、80、100 和 120 日龄的体重在两组间也存在显著差异。
   • 屠宰性能和脂肪沉积性状的比较：H-FCR 和 L-FCR 组在肾周脂和肠系膜脂的相对重量上存在显著差异，其他性状差异不显著。
3. 测序数据概述：对 30 只湖羊的瘤胃、十二指肠、空肠和回肠内容物进行 16S rDNA 测序，共获得 110 个样本的 8,817,153 条原始读长，经拼接、过滤后得到 6,905,950 条有效标签用于分析，平均序列长度为 415.5 bp。观察特征曲线显示测序结果适合分析。
4. 物种多样性分析：α 多样性分析表明，两组湖羊十二指肠、空肠、回肠和瘤胃的 Shannon 指数、Simpson 指数和 Chao1 指数无显著差异，但瘤胃的 α 多样性显著高于小肠。PCoA 结果显示，H-FCR 和 L-FCR 组在不同部位有重叠，但瘤胃微生物组成差异显著。β 多样性分析表明，瘤胃与十二指肠、空肠、回肠存在显著分离，小肠不同节段微生物组成差异不显著。
5. 瘤胃和小肠的物种组成分析：在门水平上，瘤胃中 Bacteroidota 和 Firmicutes 相对丰度最高，小肠中 Proteobacteria 和 Firmicutes 相对丰度最高。H-FCR 和 L-FCR 组湖羊瘤胃和小肠中多种菌门的相对丰度存在显著差异。Venn 图显示瘤胃、空肠和回肠的生物标志物无共同部分。LEfSe 分析发现不同组间微生物生物标志物存在统计学差异，瘤胃中差异丰富的微生物最多。对瘤胃、空肠和回肠的生物标志物与体重、饲料效率和脂肪沉积性状进行相关性分析，发现多个关键生物标志物与这些性状相关。
6. 瘤胃和小肠中的 SCFAs：瘤胃和小肠中的 SCFAs 与 FCR 和脂肪沉积性状呈中度或弱相关。部分生物标志物与 SCFAs 显著相关，如空肠中的 Aeromonadales 与丙酸含量显著相关。H-FCR 和 L-FCR 组回肠中丁酸含量差异显著，其他 SCFAs 在不同 FCR 组各部位差异不显著。
7. 小肠中的 RNA 表达水平：H-FCR 和 L-FCR 组小肠中 rBAT、B⁰AT、FATP4 等多种营养转运蛋白基因的表达水平存在显著差异。不同营养转运蛋白在小肠不同部位的表达水平不同，如 SGLT1、GLUT2 和 PEPT1 在十二指肠表达较高。
8. 小肠黏膜的消化酶活性：H-FCR 和 L-FCR 组回肠中淀粉酶活性差异显著，其他酶活性差异不显著。空肠中消化酶活性显著高于十二指肠和回肠。
9. 羊肉品质测定和血液生化指标：L-FCR 组湖羊肌肉脂肪含量显著低于 H-FCR 组，水分含量则相反，其他肉质指标和血液生化指标在两组间差异不显著。

讨论

1. FCR 与生产性能：FCR 是评估畜禽饲料利用效率的重要指标，选育高饲料效率、低脂肪沉积的湖羊对提高养殖经济效益和促进低碳养殖意义重大。本研究中，L-FCR 组湖羊饲料效率更高、生长速度更快且脂肪沉积更少，表明以 FCR 为选种指标可降低饲料成本、减少脂肪沉积，且对肉品生产性能无负面影响。
2. 微生物群组成、VFA 含量与 FCR：肠道微生物与宿主的营养代谢、免疫调节等密切相关。SCFAs 在脂肪合成和代谢中起重要作用，微生物可调节脂肪沉积。不同 FCR 湖羊的肠道微生物群落存在差异，特定菌属如 Oribacterium、Aeromonadales 等与脂肪代谢相关。瘤胃中 Bacteroidota 和 Firmicutes 是主要优势菌门，Proteobacteria 参与丙酸生产，Fibrobacterota 有助于纤维素降解。L-FCR 组羊的丙酸和乙酸含量较高，可能具有更好的糖异生功能。肠道微生物通过调节 SCFA 的产生和代谢，影响宿主的能量代谢和脂肪沉积，进而影响饲料利用效率。
3. 营养转运蛋白表达水平和消化酶活性：PEPT1、GLUT2 等营养转运蛋白在营养物质的吸收和运输中起关键作用。L-FCR 组湖羊部分营养转运蛋白基因表达水平更高，可能有助于提高营养物质的吸收效率，为机体提供更多能量。虽然两组湖羊空肠消化酶活性差异不显著，但 L-FCR 组活性更高。研究表明，肠道营养转运蛋白表达水平与宿主生长和饲料效率相关，这与本研究结果相符。推测 L-FCR 组湖羊可通过上调肠道营养转运蛋白和消化酶活性，促进营养物质的消化吸收，其中空肠在脂质代谢中可能起关键作用。

结论

FCR 与湖羊生产性能显著相关。L-FCR 湖羊通过提高小肠消化酶活性和营养转运蛋白数量，增强营养物质的消化吸收，表现出更好的生产性能（更高的 ADG、更好的饲料效率和更低的肉脂肪含量）。空肠中 SCFA 含量与脂肪沉积性状显著相关，Aeromonas、Bacteroides 等菌属相对丰度与空肠 SCFA 含量显著正相关。未来还需进一步研究以 FCR 为选种指标时，湖羊前消化道肠绒毛数量和高度以及生物学通路的变化情况。