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麝牛是北极特有的大型反刍动物,其瘤胃内共生微生物对低质量饲草具有较高的消化能力。小黑麦秸秆和雀麦干草同属于冷季节作物农业残留物,代表着秸秆和干草两种不同质量的饲草类型。在麝牛采食量和代谢水平最高的秋季(8月和9月)和最低的冬季(4月和5月),麝牛瘤胃降解和利用饲草的微生物可能存在差异。鉴于此,本论文首次以麝牛为试验动物,借助基于总RNA测序的宏转录组学技术,研究饲草类型(小黑麦秸秆和雀麦干草)和季节(秋季和春季)对麝牛瘤胃固体内容物中活性微生物组组成和结构、菌群作用模式的影响(包括细菌、古细菌、真菌和原虫等),比较分析降解小黑麦秸秆的关键微生物类群和菌群作用模式;并利用RiboZero RNA测序技术,研究在高采食量的秋季麝牛瘤胃微生物降解小黑麦秸秆的糖基水解酶的表达谱,基于糖基水解酶—微生物类群—营养底物三者间关系,探讨麝牛瘤胃降解小黑麦秸秆的可能作用机制。本研究包括两次动物试验,分别在秋季(8月和9月)和春季(4月和5月)进行。试验均采用交叉试验设计,将8头安有瘤胃瘘管阉割的麝牛根据初始体重分成2组,分2个阶段交叉饲喂小黑麦秸秆和雀麦干草,每个阶段包括4周,分为前3周的饲草适应期和后1周的采样期。日粮由精料和粗料组成,各处理麝牛的精料饲喂量相同,为335 g/d;粗料分别为小黑麦秸秆或雀麦干草,自由采食,每天上午9点和下午5点分两次补给。在采样期的第四天9点晨饲前采集和分离瘤胃固体内容物,通过基于总RNA测序的宏转录组学技术分析其微生物组结构和组成。研究结果显示:麝牛瘤胃微生物组中,细菌和真核微生物共占总微生物含量的99%,其比例接近1:1,真核微生物主要为真菌和原虫,其比例亦接近1:1,古细菌含量约占1%;饲草类型和季节对细菌和真核微生物含量均无显著影响(P>0.05),对古细菌含量显著影响(P<0.05),小黑麦秸秆饲喂组高于雀麦干草饲喂组,春季饲喂组高于秋季饲喂组。降解木质纤维素类群(如纤维杆菌属、瘤胃球菌属、新美鞭菌属等)和发酵可溶性物质产酸类群(如普氏菌属等)在饲喂不同饲草类型的处理组间均为主要微生物类群。组间主成分分析结果表明,不同饲草类型饲喂的麝牛瘤胃细菌和古细菌的结构和组成在秋季和春季差异均显著(P<0.05);真菌和原虫则不同,秋季差异显著(P<0.05),春季差异不显著(P>0.05);不同季节间,麝牛瘤胃真菌和原虫在饲喂小黑麦秸秆和雀麦干草时均无显著差异(P>0.05);细菌和古细菌不同,饲喂小黑麦秸秆时差异显著(P<0.05),饲喂雀麦干草时,差异不显著(P>0.05)。LEFSe分析结果表明,麝牛瘤胃对不同饲草降解利用时,选择不同的木质纤维素降解类群、发酵可溶性物质产酸类群和清除还原当量传递能量类群等参与,如在秋季采食小黑麦秸秆时,选择性富集对饲草木质纤维素降解的枝梗鞭菌属等10个类群,富集发酵可溶性物质产酸的理岩菌科等9个类群,富集清除还原当量传递能量的产甲烷微菌属等17个类群;采食雀麦干草时选择性富集瘤胃球菌属等8个类群,富集发酵可溶性物质产酸的普氏菌属等13个类群,富集清除还原当量传递能量的产甲烷微菌属等10个类群。饲草类型对微生物类群的影响因季节不同而异,在秋季和春季均受小黑麦秸秆影响的裂解木质纤维素、发酵可溶性物质产酸、清除还原当量传递能量的类群,秋季的效应均大于春季,如秋季依次选择性富集了10、9和17个类群,春季则依次选择性富集了6、5和6个类群;然而又存在一致性,如在秋季和春季小黑麦秸秆均选择性富集瘤胃球菌2属等6个木质纤维素裂解类群、理岩菌科等2个发酵可溶性物质产酸的类群、及产甲烷微菌属等5个清除还原当量传递能量的类群。微生物类群的皮尔逊相关性分析结果表明,麝牛瘤胃微生物组各类群间形成的协同作用关系和协同作用网络在不同季节饲喂不同饲草的处理间存在差异,在秋季,饲喂小黑麦秸秆组高于饲喂雀麦干草组;在春季,两个处理间差异较小;饲喂小黑麦秸秆时,秋季高于春季;饲喂雀麦干草时,则春季高于秋季。通过基于RiboZero RNA测序的宏转录组学技术研究秋季饲喂小黑麦秸秆麝牛瘤胃固体内容物中mRNA表达。结果表明,在秋季饲喂小黑麦秸秆时,麝牛瘤胃中降解小黑麦秸秆主要由纤维杆菌属、瘤胃球菌属、新美鞭菌属、梨囊鞭菌属、根囊鞭菌属、多甲虫属、前毛虫属、普氏菌属、丁酸弧菌属、等产生的纤维裂解酶家族(GH48、GH45、GH5、GH9、GH6和GH94)、半纤维素裂解酶家族(GH11、GH10、GH74、GH30、GH8、GH26和GH16)和寡糖降解酶家族(GH43、GH1、GH3、GH33和GH109)完成。结论:麝牛瘤胃微生物组中,真核微生物含量高,与细菌接近1:1,且古细菌含量达到1%;采食质量较雀麦干草差的小黑麦秸秆时,古细菌含量更高;在采食量低的春季,古细菌含量进一步提高;季节对微生物组结构和组成的影响在采食小黑麦秸秆时大于采食雀麦干草。麝牛瘤胃中对木质纤维素裂解类群和清除还原氢传递能量的微生物类群的选择性富集中,小黑麦秸秆多于雀麦干草,秋季多于春季;对发酵寡糖等可溶性物质和纤维降解产物产酸的类群的选择性富集中,雀麦干草多于小黑麦秸秆,秋季多于春季。基于总RNA和基于RiboZero RNA的宏转录组学分析表明,微生物类群如纤维杆菌属、瘤胃球菌属、普氏菌属、新美鞭菌属等进行纤维素、半纤维素等木质纤维素组分代谢的潜能与其在小黑麦秸秆降解过程中的活性是一致的;麝牛瘤胃对小黑麦秸秆的降解主要由麝牛瘤胃微生物组中的优势类群和受小黑麦秸秆选择性富集的微生物类群通过产生糖基水解酶家族GH48、GH45、GH11、GH10、GH43和GH1,并与其它微生物类群形成协同作用网络模式相互作用完成。