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乳脂肪含量是评价奶牛泌乳性能的重要指标,其合成过程涉及到日粮营养物质通过奶牛机体转化为乳营养成分的复杂生物学过程,受日粮配方、遗传背景、生理状态、瘤胃微生物等多方面的影响。瘤胃微生物可以通过自身合成的酶类降解日粮营养物质产生小分子成分,为乳脂肪前体物生成提供底物。瘤胃内脂质合成代谢是影响乳脂肪前体物生成的重要因素。奶牛机体对脂质代谢物的转运和代谢效率,在一定程度上可以影响乳脂肪的合成过程及最终产量。在瘤胃微生物对日粮营养物质的降解功能,及瘤胃内脂质合成代谢生理调控的协同作用下,产生的前体物是乳脂肪合成的必要物质基础,乳脂肪前体物合成不足可以引起牛乳中乳脂肪含量下降。但关于瘤胃微生物组、瘤胃脂质代谢物,以及奶牛机体脂质合成代谢功能与乳脂肪合成之间调控网络的报道相对较少。因此,本试验通过瘤胃宏基因组、瘤胃脂质组全定量和血浆脂质组全定量检测分析,探讨奶牛瘤胃微生态系统及体内脂质合成代谢与乳脂肪合成过程存在的潜在调节关系,同时通过对低乳脂含量奶牛进行瘤胃内容物移植试验,验证瘤胃微生物组与脂质代谢物协同作用对乳脂率产生的表观影响。为明确瘤胃微生态系统与乳脂肪合成之间调节机制提供试验依据。经过对牧场内全部奶牛为期12个月的DHI数据定向追踪,筛选出乳脂肪含量长期偏高(4.1%<乳脂肪含量)的奶牛5头为HighMF组、乳脂肪含量长期偏低(3.2%<乳脂肪含量<3.7%)的奶牛5头为LowMF组后进行后续试验。试验采用脂质组学全定量技术检测HighMF组和LowMF组奶牛瘤胃内容物、血浆中脂质代谢物的差异。对检测结果分析后,确定HighMF组奶牛瘤胃内容物中显著升高(P<0.05)的脂质代谢物包括14种三脂酰甘油和1种磷脂酰乙醇胺,分别是:TAG(12:0/12:0/16:1)、TAG(12:0/14:0/16:0)、TAG(12:0/12:0/18:0)、TAG(14:0/16:1/14:0)、TAG(12:0/18:1/16:1)、TAG(14:0/16:0/16:1)、TAG(14:0/16:1/18:1)、TAG(14:0/16:0/18:0)、TAG(16:0/17:1/18:1)、TAG(16:0/17:0/18:1)、TAG(16:1/18:3/18:3)、TAG(16:0/17:0/18:0)、TAG(18:1/18:1/19:0)、TAG(19:0/19:0/19:0)和PE(22:5/16:0),表明奶牛瘤胃中乳脂肪前体物底物浓度和乳糖转运效率,可能对乳脂肪含量存在调节机制。血浆中主要差异脂质代谢物包括5种磷脂酰胆碱和1种磷脂酰乙醇胺,分别是:PC(P-20:0/11:0)、PC(P-16:0/18:2)、PC(22:4/0:0)、PC(17:0/18:1)、PC(17:0/20:4)和PE(23:0/18:0),表明奶牛血浆中脂肪吸收与转运、脂蛋白合成效率同样可能对乳脂肪含量存在调节机制。试验采用宏基因组技术检测HighMF组和LowMF组奶牛瘤胃内微生物组成结构与基因功能存在的差异。对检测结果分析后,确定HighMF组奶牛瘤胃中相对含量显著升高的反刍兽月形单胞菌(Selenomonas ruminantium)、Butyrivibrio proteoclasticus、丁酸弧菌(Butyrivibrio)、小韦荣氏球菌(Veillonella parvula)和干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)有助于提升瘤胃内短链脂肪酸的产量;而栗酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)则有助于提升瘤胃内中长链脂肪酸的产量,并首次发现,乳脂肪产量可能与Hyphopichia、油脂酵母(Lipomyces)和粘红酵母(Rhodotorula)3种瘤胃微生物有关。HighMF组奶牛瘤胃内糖苷水解酶和碳水化合物结合模块的基因富集程度显著高于LowMF组(P<0.05);脂肪酸代谢、甘油磷脂代谢、脂肪酸生物合成、鞘脂代谢和丁酸代谢等脂质代谢的基因富集程度显著高于LowMF组(P<0.05)。HighMF组与表达糖苷水解酶相关的GH1、GH2、GH3、GH5、GH16、GH27、GH43、GH51、GH53、GH55、GH67、GH74、GH78和CBM6基因数量极显著高于LowMF组,GH38、GH116和CBM3基因数量显著高于LowMF组,其中GH43为主要富集基因;与脂质转运与代谢功能相关的COG0657、COG0318和COG0304基因数量极显著高于LowMF组,COG1022基因数量显著高于LowMF组,其中COG0318为主要富集基因。差异基因GH43主要由拟杆菌门以及丁酸弧菌属和普雷沃氏菌属微生物编码,差异基因COG0318主要由变形菌门和厚壁菌门微生物编码。这些基因及其数量上的差异可能是决定瘤胃微生物降解日粮营养物质,从而调节乳脂肪前体物生成效率的重要因素。整合分析瘤胃宏基因组和脂质组全定量检测结果后,确定HighMF组显著升高的Selenomonadaceae、Butyrivibrio proteoclasticus和Veillonellaceae,以及Aspergillus fruticulosus和Dictyoglomaceae与差异脂质代谢物TAG(16:0/17:0/18:0)、TAG(16:0/17:1/18:1)、TAG(18:1/18:1/19:0)、TAG(19:0/19:0/19:0)和PE(16:0/12:0)呈现显著正相关(P<0.05)。表明瘤胃微生物组与脂质代谢物间存在某种关联,并可能对乳脂肪前体物合成产量,具有调节作用。试验以口腔导管法及瘤胃灌服技术进行内容物移植后,确定通过移植高乳脂肪含量奶牛瘤胃内容物可以在一段时间内提高低乳脂肪含量奶牛的表观乳脂率。表明瘤胃微生态环境对奶牛表观乳脂率具有直接影响。综上所述,本研究较为全面地展示了在相同日粮结构及饲养环境下,瘤胃微生态环境以及奶牛机体自身脂质合成代谢与乳脂肪合成产量之间的关系。本次试验结果表明,相同日粮结构及饲养环境下,瘤胃内容物中主要差异脂质代谢物为三脂酰甘油和磷脂酰乙醇胺,血浆中主要差异脂质代谢物为磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺。瘤胃内具有特定功能微生物相对含量的差异,对调节乳脂肪产量具有重要作用;微生物可能通过高表达GH43等基因和COG0318等基因,增强瘤胃内碳水化合物和脂质物质的代谢作用,影响乳脂肪前体物合成情况,并在血浆中具有提升脂质合成代谢效率的脂质代谢物联合调控下,影响乳脂肪的产量。