兰州大学龙瑞军团队联合云南大学张志刚团队揭示了牦牛适应逆境的食性选择特征及其与肠道微生物互作的新机制-凯发k8官方网娱乐官方

日期: 2021-04-27 阅读: 来源:

择食组分的准确量化一直是放牧动物精准饲养和科学管理的难点和热点问题之一。极端环境条件下,哺乳动物的食性选择和采食量关乎其健康和生存;明晰其肠道微生物如何响应宿主择食的季节性变化机制,对放牧动物科学管理意义重大。

兰州大学生命科学学院、草地农业生态系统国家重点实验室龙瑞军教授团队和云南大学省部共建云南生物资源保护与利用国家重点实验室张志刚研究员团队联合研究,首次准确量化了放牧牦牛的择食特征,并发现了牦牛季节性食性变化与肠道微生物的互作机制。该成果于2021年4月20日在自然期刊合作期刊npj biofilms and microbiomes(esi收录,5-years if=7.5757)上在线发表。

牦牛作为维系青藏高原生态系统功能与草牧业发展不可或缺的关键物种,进化形成了一整套特殊的适应高原逆境胁迫的形态结构、生理代谢和分子机制。该研究通过食性-肠道微生物互作的新视角,首次量化了放牧牦牛的择食特征,同时阐明了牦牛适应高原严酷环境过程中食性选择特征及其与肠道微生物的协同作用机制。主要有以下三个方面的创新性发现:1)牦牛食物组分的多样性高,且季节间差异显著;放牧管理学中的传统认知认为,放牧牦牛主要采食禾本科和莎草科植物,本研究却发现放牧牦牛食谱中全年均以阔叶杂类草为主,表明牦牛能充分利用富含蛋白的杂类草以补充自身营养需求(图1a),而且食物与肠道微生物保持了一致的季节性变化规律(图1b);2)首次明确了牦牛肠道微生物组的三种肠型(图2a),其中akkermansia和wchb1-41为代表的肠型在冷季显著富集(图2b);3)功能分析发现akkermansia和wchb1-41编码的精氨酸和脂肪酸合成代谢通路能有效提高牦牛对能量和氮素利用效率(图3),利于牦牛度过严酷的冷季营养胁迫期。综上所述,牦牛具有独特的适应高寒营养胁迫的肠道细菌属,它们对维系冷季草地饲草匮乏期间的动物健康意义重大。这些结果不仅为我们前期发现牦牛为“低碳”和“节氮”之环境友好型动物提供了又一佐证,也为充分理解高原哺乳动物高海拔适应的组学机制提供全新的见解,同时在实际生产中为青藏高原放牧牦牛的精准饲养和科学管理提供了理论指导。

图1 放牧牦牛择食组分的季节变化(a)及其与肠道微生物的关联(b)

图2 放牧牦牛肠型聚类(a)及其季节变化(b)

图3 akkermansis和wchb1-41细菌精氨酸和脂肪酸合成代谢通路

该工作得到了第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019qzkk0503、2019qzkk0302)、国家自然科学基金项目(32072757、31672453、31961143012、31970571)、联合国国际原子能机构项目(20769/r0)、中国科学院重点部署项目(kfzdsw-219)和‘111’项目(bp0719040)的经费资助。

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