近日，中国农业大学动物科学技术学院曹志军教授团队在国际权威期刊《微生物组》（Microbiome）和《危险材料杂志》（Journal of Hazardous Materials）连续发表2篇研究论文，系统揭示了高饲料效率犊牛消化道微生态协同特征。
这些研究从机制解析、产业应用和可持续发展三个层面，综合分析细菌代谢、耐药基因在饲料效率调控中的作用，揭示了高饲料效率犊牛的微生态核心特征，发现并阐明谷氨酸是连接消化道微生物代谢与宿主氮代谢的关键物质，证实其源于微生物内源性合成。提出高饲料效率伴随碳水化合物活性酶表达增加，导致碳水化合物利用菌富集、细菌外排抗性增强、耐药基因随之富集的潜在机制，建立了饲料效率、核心菌群与耐药基因之间的联系。深化了对反刍动物营养效率微生物调控机制的认识，为开发靶向饲料效率的微生态制剂提供了理论依据。
畜牧业集约化发展加剧了温室气体排放等环境压力，提升饲料效率是可持续发展的关键路径。然而，饲料效率提升往往伴随胃肠道微生物代谢变化，而这些微生物恰是抗生素ARG传播的重要载体。犊牛期是胃肠道微生物区系定植与功能分化的关键窗口，早期饲料效率差异是否源于特定菌群的代谢调控、以及高饲料效率的微生物和代谢特征是否影响ARG富集，尚不明确。因此，本系列研究一是聚焦早期不同饲料效率犊牛胃肠道微生物及代谢特征，二是解析其与ARG传播的潜在关联，为开发靶向调控的微生态制剂提供理论依据。
研究揭示，高饲料效率犊牛瘤胃富集了淀粉降解菌及丙酸合成通路，将碳水化合物高效转化为丙酸；瘤胃中核糖醇经戊糖磷酸途径生成5-磷酸核糖-1-焦磷酸，参与谷氨酸合成。后肠中牛磺酸也促进谷氨酸生成。血清谷氨酸升高，可降低血氨、增加蛋白合成、改善氮代谢，并增强肠道屏障。由此构建了一个从特征菌富集，到淀粉降解、丙酸生成，再到谷氨酸代谢，最终实现养分高效利用的微生物、代谢物与宿主协同的调控路径，整体提升了饲料能量与氮的利用效率。
上述研究《不同饲料效率荷斯坦犊牛瘤胃与后肠微生物组及代谢组差异》（Differential Rumen and Hindgut Microbiome and Metabolome in Holstein female Calves with Divergent Feed Efficiency）发表在微生物领域权威期刊Microbiome，中国农业大学为该论文的第一完成单位，动物科学技术学院在读博士生陈天宇、已毕业博士肖鉴鑫和在读博士生李尚汝为论文的共同第一作者，刘帅青年研究员为论文的通讯作者。曹志军教授全程设计和指导了该研究，李胜利教授、高健副教授、王蔚副教授和马佳莹副研究员对本研究给予了大力支持。
进一步研究发现，高饲料效率犊牛通过GH1、GH13、GT35等CAZymes支撑丙酸盐合成，促进产丙酸菌等特征菌增殖，从而提高其携带的ARGs比例。另一方面，CAZymes增强的异源物质降解，形成持续选择压力，使具备ARG外排机制的菌群获得优势，ARGs总体丰度上升；外排机制耗能，进一步强化碳水化合物代谢。瘤胃微生物及其ARGs系统性影响粪便菌群与ARGs组成，粪便微生物丰度、多样性、可移动遗传元件及淀粉含量均影响粪便ARGs差异。因此，ARG富集是微生物群落适应高饲料效率代谢环境的综合特性。
上述研究《碳水化合物代谢相关细菌介导的高饲料效率荷斯坦犊牛胃肠道抗性组差异》（Carbohydrate-metabolizing gastrointestinal bacteria mediate resistome divergence in high feed efficiency Holstein dairy calves），发表在环境领域权威期刊Journal of Hazardous Materials，中国农业大学为该论文的第一完成单位，动物科学技术学院在读博士生陈天宇和李尚汝为论文的共同第一作者，刘帅青年研究员为论文的通讯作者。曹志军教授全程设计和指导了该研究，李胜利教授、王蔚副教授和马佳莹副研究员对本研究给予了大力支持。
刘帅青年研究员是中国农业大学2115国家级创新团队“智能养殖与饲料高效利用”核心成员，入选国家博士后人才计划 A 类，担任国际后备牛培育协作创新平台奶业大数据组负责人、中国奶业协会奶业科技科普与人才培养委员会委员等。第一/ 通讯作者在Cell Metabolism、iMeta、Microbiome等权威期刊发表文章 16 篇。作为主要完成人，制定农业行业标准、后备牛高质量培育系列团体标准等 5 项，成果入选农业农村部主推技术2项、全国奶牛养殖典型案例1项。获全国农牧渔业丰收奖农业技术推广成果奖一等奖、北京市教学成果二等奖、北京高等学校优质本科教案、中国研究生系列国家级赛事总冠军优秀指导教师和中国农业大学教学成果特等奖等。
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