戴瑞奶绵羊泌乳相关标志性肠道菌群及血清代谢物的发现与功能研究
肠道菌群是宿主身体的重要组成部分，它与宿主之间相辅相成、互利互惠、共同进化、相互适应。因此，在漫长的共进化过程后，肠道菌群在宿主的生殖、代谢、免疫、内环境稳定以及脑功能等方面发挥着重要的生理作用。事实上，宿主血液中有大量小分子来源于肠道菌群，因此，肠道菌群可能与宿主生理代谢的方方面面密切相关。戴瑞绵羊是一个非常优质的产乳绵羊品种，其在生长指标、繁殖性能、产乳量以及乳品质量等方面都具有极大的优势。本研究以戴瑞奶绵羊为实验对象，主要研究了泌乳期和非泌乳雌性戴瑞奶绵羊肠道菌群和血清代谢物的差异，探讨了从组学中筛选出的标志性肠道菌群和血清代谢物对泌乳功能的影响。 首先，利用16SrDNA测序技术，研究了泌乳期雌性戴瑞奶绵羊、非泌乳期雌性戴瑞奶绵羊以及雄性戴瑞奶绵羊肠道菌群的组成。结果发现：1）戴瑞奶绵羊肠道菌群主要由16个菌门、62个菌科、85个菌属构成，其中，在门分类水平上，戴瑞奶绵羊的核心肠道菌群是Firmicutes、Bacteroidetes、Proteobacteria、Verrucomicrobia和Spirochaetes；在戴瑞奶绵羊肠道中占主导地位的菌科是Ruminococcaceae、Bacteroidaceae、Lachnospiraceae、Paraprevotellaceae和Spirochaetaceae。2）泌乳期和非泌乳期雌性戴瑞奶绵羊在门分类水平上的差异菌群是Actinobacteria、Fibrobacteres和Tenericutes；在科分类水平上的差异菌群是Alcaligenaceae、Bifidobacteriaceae、Fibrobacteraceae和Prevotellaceae；在属分类水平上的主要差异菌群是YRC22、Sutterella、Olsenella、Fibrobacter、Dorea、Bifidobacterium、Cystobacter和Ethanoligenens。3）雌性和雄性戴瑞奶绵羊在门分类水平上的差异菌群是Cyanobacteria、TM7、Tenericutes和Fibrobacteres；在科分类水平上的主要差异菌群是Planococcaceae、Deferribacteraceae、Cystobacteraceae、Prevotellaceae和Fibrobacteraceae；在属分类水平上的主要差异菌群是Mucispirillum、Epulopiscium、Sharpea、Blautia和Fibrobacter。 第二，采用UPLC-MS/MS技术，通过生物信息学手段，研究了泌乳期与非泌乳期雌性戴瑞奶绵羊间血清代谢物的组成差异，并对差异代谢物进行功能预测。结果表明：1）在正离子模式下，泌乳期和非泌乳期雌性戴瑞奶绵羊血清中的差异离子共有703个，参与的最主要的代谢途径是花生四烯酸代谢途径、苯丙氨酸代谢途径、亚油酸代谢途径、色氨酸代谢途径和类固醇激素生物合成途径。2）在负离子模式下，泌乳期和非泌乳期雌性戴瑞奶绵羊血清中的差异离子共有370个，参与的最主要的代谢途径是戊糖和葡萄糖醛酸转化途径、抗坏血酸和醛酸代谢途径、氨基酸的合成途径、ABC转运蛋白途径和2-氧羰基酸代谢途径。3）苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸前体在泌乳期雌性奶绵羊血清中的相对丰度明显高于非泌乳期奶绵羊，因此，预测苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸可能是在戴瑞奶绵羊泌乳过程中发挥重要作用的代谢物。4）Spearman相关性分析结果显示，苯丙氨酸与泌乳相关差异肠道菌群Olsenella、Bifidobacterium、YRC22和Fibrobacter呈现显著性正相关，与Ethanoligenens呈现显著性负相关；色氨酸前体与Sutterella呈现显著性正相关；酪氨酸与Bifidobacterium呈现显著性正相关。 同时，利用相同的方法和策略，研究了雌性与雄性戴瑞奶绵羊间血清代谢物的组成差异，并对差异代谢物进行功能预测。结果表明：1）在正离子模式下，雌性和雄性戴瑞奶绵羊血清中的差异离子共有322个，参与的最主要的代谢途径是花生四烯酸代谢途径、α-亚麻酸代谢途径、血清素神经递质传递途径、类固醇激素生物合成途径和亚油酸代谢途径。2）在负离子模式下，雌性和雄性戴瑞奶绵羊血清中的差异离子共有302个，参与的最主要的代谢途径是花生四烯酸代谢途径、亚油酸代谢途径、血清素神经递质传递途径、抗坏血酸和醛酸代谢途径以及戊糖和葡萄糖醛酸转化途径。 第三，利用CCK8、qPCR、Westernblot以及ELISA等方法研究苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸以及Bifidobacteriumanimalis（B.animalis）对泌乳功能的影响。结果发现：1）苯丙氨酸可以促进乳腺上皮细胞增殖以及乳腺上皮细胞和小鼠乳腺组织内α-LA的合成和分泌，并激活mTORC1信号通路。2）酪氨酸可以促进乳腺上皮细胞增殖及其内α-LA的合成与分泌，并激活mTORC1信号通路。3）色氨酸可以促进乳腺上皮细胞增殖及乳腺上皮细胞和小鼠乳腺组织内α-LA的合成与分泌，并激活mTORC1信号通路。4）B.animalis可以促进小鼠乳腺组织内α-LA的合成和分泌，并激活mTORC1信号通路。5）苯丙氨酸和色氨酸可以提高小鼠肠道内Bifidobacterium的相对丰度。 综上所述，本研究探讨了泌乳期和非泌乳期雌性戴瑞奶绵羊的差异肠道菌群和差异血清代谢物，并对它们的功能进行了分析和预测。B.animalis及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸被预测在泌乳过程中发挥重要作用，并最终在细胞水平和动物模型中得到了验证，为提高奶绵羊乳品产量和优化乳品质量提供了新的理论与技术支持。另一方面，本研究还探讨了雌性和雄性戴瑞奶绵羊肠道菌群和血清代谢物的差异，以期为揭示肠道菌群广泛的生理功能以及雌雄个体生理代谢途径的差异提供新的数据基础。
戴瑞绵羊;肠道菌群;代谢物;泌乳;mTORC1;芳香族氨基酸
内蒙古大学
博士
微生物学
王志钢
2022
中文
S826.94
2022-10-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）