【摘 要】
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藏绵羊是青藏高原最古老的原始绵羊品种和中国三大粗毛绵羊品种之一,也是青藏高原重要的种质资源和优势畜种,能够在高寒、低氧、营养物质匮乏的恶劣环境中正常生活,并维持正常的种群繁衍,与它们特殊的高原适应性有关。为解析藏绵羊应对高原生态限制因子的适应性,以及挖掘其适应高原寒冷环境的特殊机制。本研究分别对冷、暖季放牧藏绵羊(1岁,♀)瘤胃发酵功能、瘤胃上皮组织结构及其表达特征和微生物菌群结构进行比较分析,以
【基金项目】
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甘肃省高等学校创新基金项目(2020A-52); 甘肃农业大学科技创新基金(青年导师扶持基金)(GAU-QDFC-2018-11); 甘肃省草食动物生物技术重点实验室开放课题(GKLAB-201601); 甘肃省基础研究创新群体(17JR5RA137);
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藏绵羊是青藏高原最古老的原始绵羊品种和中国三大粗毛绵羊品种之一,也是青藏高原重要的种质资源和优势畜种,能够在高寒、低氧、营养物质匮乏的恶劣环境中正常生活,并维持正常的种群繁衍,与它们特殊的高原适应性有关。为解析藏绵羊应对高原生态限制因子的适应性,以及挖掘其适应高原寒冷环境的特殊机制。本研究分别对冷、暖季放牧藏绵羊(1岁,♀)瘤胃发酵功能、瘤胃上皮组织结构及其表达特征和微生物菌群结构进行比较分析,以期多角度、多层次系统探讨冷季放牧藏绵羊高原寒冷适应机制。本研究主要结果如下:1.冷、暖季藏绵羊瘤胃挥发性脂肪酸(VFAs)存在差异,总VFAs含量在冷季显著高于暖季(P<0.01),其中,乙酸(Acetate)、丙酸(Propionate)、丁酸(Butyrate)浓度在冷季显著高于暖季(P<0.05)。以及与VFAs转运相关基因DRA、MCT-1在冷季表达上调,而AE2、NHE2表达下调。另外,冷季藏绵羊瘤胃液氨氮含量(NH3-N)降低,纤维素酶(CL)活性升高。2.放牧藏绵羊瘤胃上皮组织发育受冷季营养胁迫的影响。瘤胃肌层厚度、乳头宽度在冷季显著增加(P<0.05),以及瘤胃上皮层的角质层、颗粒层、棘层厚度在冷季均显著增加(P<0.05),且角质层有部分脱落的现象。同时,瘤胃上皮组织中与营养物质吸收(SGLT1)、屏障相关基因(Claudin-4、ZO-1)表达均在冷季下调。3.冷、暖季瘤胃微生物菌群存在显著性差异,冷季微生物菌群丰度显著高于暖季(P<0.05)。门水平,拟杆菌门(Bacteroidetes)在冷季显著升高(P<0.05),厚壁菌门(Firmicutes)在冷季显著降低(P<0.05);属水平,与丙酸产生相关的普氏菌属_1(Prevotella_1)、琥珀酸菌(Succiniclasticum)丰度在冷季表现为下降,与纤维物质降解相关的瘤胃球菌属_2(Ruminococcus_2)在冷季显著升高(P<0.05),以及与能量代谢相关的功能表现为冷季显著升高(P<0.05)。4.宿主基因表达与瘤胃上皮形态之间存在一定相关性:营养物质吸收相关的SGLT1基因与乳头高度呈显著性正相关(P<0.05),与颗粒层厚度、棘层厚度呈显著性负相关(P<0.05);VFAs转运相关基因DRA与乳头高度呈显著性负相关(P<0.05),NHE2与棘层厚度呈显著性负相关。此外,瘤胃内纤维素降解相关的菌群与VFAs之间存在着一定的关联,假丁酸弧菌属(Pseudobutyrivibrio)、Ruminococcaceae-NK4A214-group、丁酸弧菌属-2(Butyrivibrio-2)等均与VFAs呈显著性相关(P<0.05),以及微生物-VFAs-宿主基因之间存在关联性,Christensenellaceae-R-7-group、Rikenellaceae-RC9-gut-group与乙酸、丙酸、丁酸、戊酸呈显著性正相关,这些菌群与DRA基因也呈显著性正相关(P<0.05)。综上所述,本研究较全面的分析了冷、暖季放牧藏绵羊瘤胃内环境变化特征。冷季营养胁迫导致放牧藏绵羊瘤胃发酵功能增强,瘤胃上皮形态结构和宿主基因表达发生适应性变化,以及瘤胃微生物菌群结构发生变化,这些适应性变化揭示了瘤胃发酵-宿主-微生物之间关联性,瘤胃微生物驱动产生的VFAs被瘤胃上皮组织结构和相关基因控制吸收,从而揭示了藏绵羊在冷季的特殊适应性,为今后放牧藏绵羊寒冷适应性研究提供了一定基础。
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