限时喂食对反刍动物肠道微生物群昼夜节律及基因表达的影响

《npj Biofilms and Microbiomes》：Circadian regulation of the gut microbiome in ruminants: opportunities for targeted microbiota manipulation and optimized timing for interventions

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摘要

精准调控肠道微生物群是一项复杂的任务。本研究通过限时喂食的方法探讨了反刍动物肠道微生物群的昼夜节律。我们收集了12头哺乳期奶牛的287份粪便样本（每隔6小时采集一次，共采集48小时），这些奶牛分别处于自由采食、白天限制进食和夜间限制进食的条件下。微生物群分析显示，后肠细菌种群存在规律性的波动。在进食受限的情况下，39.25%的细菌属（如 Bifidobacterium、Prevotella）的代谢节奏会随着进食时间发生变化，而3.90%的细菌属（如 Succinivibrio）则没有变化。粪便中的短链脂肪酸（SCFA）和氨氮（NH₃-N）浓度也呈现昼夜节律，其峰值时间相差6小时。宏转录组学分析揭示了细菌、古菌、真核生物和噬菌体的日变化规律：细菌和噬菌体的活跃程度在08:00和02:00达到峰值，而古菌的活跃程度则在14:00达到峰值。更为活跃的微生物群落与较高的SCFA浓度相对应（08:00），这表现为与碳水化合物代谢相关酶、抗生素耐药性、毒力以及群体感应相关的基因表达增加。相反，与氮代谢、硫代谢和细菌分泌相关的基因表达在氨氮浓度较高时（14:00）达到峰值。我们的研究结果揭示了微生物组对昼夜节律的响应特征以及其活跃程度的日变化，为反刍动物后肠微生物组的动态变化和糖酵解过程提供了机制基础，同时对其他哺乳动物的微生物群调控也具有参考意义。