研究背景

牛(niu)(niu)奶(nai)(nai)是日常(chang)不可缺(que)少(shao)的(de)高營(ying)養(yang)動(dong)物(wu)(wu)蛋(dan)(dan)白(bai)產(chan)(chan)品，全球人均(jun)奶(nai)(nai)年消費量(liang)超過 100 公(gong)斤 / 年。許(xu)多(duo)因素都會影響奶(nai)(nai)牛(niu)(niu)的(de)牛(niu)(niu)奶(nai)(nai)產(chan)(chan)量(liang)和(he)質量(liang)，包括遺傳，管理和(he)飼料喂養(yang)方式，據(ju)廣泛(fan)報(bao)道牛(niu)(niu)奶(nai)(nai)產(chan)(chan)量(liang)通(tong)常(chang)與牛(niu)(niu)奶(nai)(nai)蛋(dan)(dan)白(bai)質含量(liang)呈負相關。然而，根據(ju)研究者的(de)發(fa)現，在(zai)相同的(de)飲(yin)食和(he)管理條件(jian)下飼養(yang)的(de)奶(nai)(nai)牛(niu)(niu)，一(yi)些奶(nai)(nai)牛(niu)(niu)可以(yi)(yi)同時產(chan)(chan)生高產(chan)(chan)奶(nai)(nai)量(liang)和(he)高乳蛋(dan)(dan)白(bai)含量(liang)的(de)牛(niu)(niu)奶(nai)(nai)（MPY)。這是一(yi)個潛(qian)在(zai)的(de)新性狀，乳制(zhi)品生產(chan)(chan)商(shang)可能可以(yi)(yi)利用潛(qian)在(zai)的(de)特性提高優質牛(niu)(niu)奶(nai)(nai)的(de)產(chan)(chan)量(liang)。目前還不清(qing)楚瘤(liu)胃微生物(wu)(wu)及其代(dai)謝(xie)(xie)產(chan)(chan)物(wu)(wu)以(yi)(yi)及宿主代(dai)謝(xie)(xie)在(zai)多(duo)大程(cheng)度上對 MPY 有(you)貢獻(xian)。在(zai)此，研究者通(tong)過瘤(liu)胃代(dai)謝(xie)(xie)組學(xue)和(he)代(dai)謝(xie)(xie)組學(xue)的(de)分析，結合血(xue)清(qing)代(dai)謝(xie)(xie)組學(xue)，從瘤(liu)胃微生物(wu)(wu)組和(he)宿主水平確定(ding)了 MPY 潛(qian)在(zai)的(de)調控機制(zhi)。

實驗方法

檢測方法：宏基因組測序 + 代(dai)謝組

實驗儀器：Illumina Hiseq 3000(PE150)+ GC-TOF-MS

樣本分(fen)組：HH(高 MPY) 組 =10 例，LL(低 MPY) 組 = ;10 例

有 4 個樣(yang)品(pin)(pin)（HH 樣(yang)品(pin)(pin) 3 個，LL 樣(yang)品(pin)(pin) 1 個）因(yin)提取(qu) DNA 含量低(di)而放棄(qi)

主要結果

瘤胃宏基因組分析

通過數據比對發現瘤胃(wei)宏基因組包括 94.43%  的(de)細菌、3.80%  的(de)真核生物、1.41%  的(de)古細菌和 0.16%  的(de)病毒。

比較了兩(liang)個 MPY 組(zu)(zu)的(de)瘤胃(wei)微生(sheng)(sheng)物群(qun)，古(gu)(gu)生(sheng)(sheng)菌(jun)(jun)在(zai)兩(liang)組(zu)(zu)間(jian)差(cha)異(yi)顯著（P <0.01，圖 1A）。PERMANOVA 分(fen)析表(biao)明，細菌(jun)(jun)和古(gu)(gu)生(sheng)(sheng)菌(jun)(jun)均存在(zai)顯著差(cha)異(yi)（P <0.01）。PCoA 分(fen)析顯示兩(liang)個 MPY 組(zu)(zu)之(zhi)間(jian)基于(yu)細菌(jun)(jun)（圖 1B）和古(gu)(gu)生(sheng)(sheng)菌(jun)(jun)（圖 1C）的(de)分(fen)離，未發現(xian)基于(yu)真核(he)或(huo)病(bing)毒的(de)分(fen)離。因(yin)此(ci)，兩(liang)組(zu)(zu)動物之(zhi)間(jian)瘤胃(wei)微生(sheng)(sheng)物分(fen)類群(qun)的(de)下(xia)游比較僅(jin)集中于(yu)細菌(jun)(jun)和古(gu)(gu)生(sheng)(sheng)菌(jun)(jun)。

 圖 1   HH 和 LL 奶(nai)牛的(de)微(wei)生物組成特征

HH 與 LL 奶牛瘤胃微生物群落組成特征及分類學差異

在(zai)細菌(jun)門(men)水平的(de)差異豐度比較分析中，LL 奶牛的(de)瘤胃中擬桿菌(jun)門(men)的(de)豐度明顯更(geng)高(gao)(gao)，而(er) HH 奶牛的(de)瘤胃中，變形桿菌(jun)門(men)的(de)含量顯著(zhu)(zhu)(zhu)更(geng)高(gao)(gao)（調整(zheng)后 P <0.05)。在(zai)種的(de)水平上，15 個種在(zai) HH 動物瘤胃中的(de)豐度顯著(zhu)(zhu)(zhu)高(gao)(gao)于 LL 動物（LDA>2，P<0.05)，23 種未分類擬桿菌(jun)在(zai) LL 動物瘤胃中顯著(zhu)(zhu)(zhu)富集（LDA>2，P<0.05；圖(tu) 2A)。

在古菌的差異豐(feng)(feng)度(du)比較分析中(zhong)(zhong)，LL 牛(niu)瘤(liu)胃中(zhong)(zhong)豐(feng)(feng)富(fu)的廣古菌門的豐(feng)(feng)度(du)顯(xian)著(zhu)(zhu)高(gao)于(yu) LL 牛(niu)（P<0.01)。在屬(shu)的水平(ping)上(shang)，LL 牛(niu)瘤(liu)胃中(zhong)(zhong)古細菌屬(shu)甲烷短(duan)桿菌的豐(feng)(feng)度(du)顯(xian)著(zhu)(zhu)高(gao)于(yu) HH 牛(niu)（P<0.01)；在種的水平(ping)上(shang)，LL 牛(niu)瘤(liu)胃中(zhong)(zhong) Methanobrevibacter millerae 豐(feng)(feng)度(du)顯(xian)著(zhu)(zhu)高(gao)于(yu) HH 牛(niu) &nbsp;(LDA>2，P<0.05；圖 2B)。

圖(tu) 2   HH 和 LL 牛瘤胃(wei)細菌(jun)和古(gu)生菌(jun)種的差異

HH 和  LL  奶牛瘤胃微生物群功能特征及其差異性研究

在(zai)  KEGG  分析中，158 條內源性(xing)三級通(tong)路被認(ren)為(wei)是瘤胃微生物代謝通(tong)路。這些通(tong)路屬于(yu) 4 個一級類別(bie)(bie)，包(bao)括“代謝”（72.26±0.46%)、“遺(yi)傳信息處(chu)(chu)理(li)”（19.08±0.12%)、“環境(jing)信息處(chu)(chu)理(li)”（4.42±0.03%) 和“細(xi)胞(bao)過程”（4.24±0.04%)。在(zai)二(er)級類別(bie)(bie)中，共(gong)觀察到(dao) 20 種(zhong)類別(bie)(bie)，其中“碳水(shui)化(hua)合物代謝”（17.33±0.10%)、“氨基酸(suan)代謝”（15.96±0.11%)、“核苷酸(suan)代謝”（9.82±0.06%)、“復(fu)制與修復(fu)”（8.71±0.06%)、“能量代謝”（8.07±0.05%) 較為(wei)豐(feng)富(fu)。

比較已(yi)鑒定的 KEGG 通(tong)(tong)(tong)路時發現 HH 奶牛瘤(liu)(liu)胃微生物群顯著富集(ji)的有 13 條(tiao)三級通(tong)(tong)(tong)路，其(qi)中(zhong) 2 條(tiao)是“細(xi)(xi)胞過程”通(tong)(tong)(tong)路，2 條(tiao)是“遺傳(chuan)信息處理(li)”通(tong)(tong)(tong)路，2 條(tiao)是“環(huan)境信息處理(li)”通(tong)(tong)(tong)路，7 條(tiao)是“代(dai)謝(xie)”通(tong)(tong)(tong)路。而 18 條(tiao)通(tong)(tong)(tong)路（包括 1 條(tiao)“遺傳(chuan)信息處理(li)途徑(jing)”、2 條(tiao)“細(xi)(xi)胞過程途徑(jing)”和(he) 15 條(tiao)“代(dai)謝(xie)途徑(jing)”）在(zai) LL 動(dong)物的瘤(liu)(liu)胃中(zhong)顯著富集(ji)（LDA>2 和(he) P <0.05；圖(tu) 3A)。當比較上述不同的三級通(tong)(tong)(tong)路中(zhong)涉及的 KEGG 模(mo)塊(kuai)時，發現了 24 個(ge) HH 富集(ji)的模(mo)塊(kuai)和(he) 19 個(ge) LL 富集(ji)的模(mo)塊(kuai)（圖(tu) 3B）。

圖 3   ;HH 和(he) LL 牛(niu) KEGG 功能的(de)差異

關于碳水化合物(wu)代謝和(he)能量代謝，只有兩種下(xia)游功能（Ko00290 和(he) M00019，將丙酮(tong)酸(suan)轉化為纈(xie)氨酸(suan)和(he)異亮(liang)(liang)氨酸(suan)）在(zai) HH 奶(nai)牛的瘤胃(wei)中富(fu)集（圖(tu) 4A)。4 條通路(lu)和(he) 2 個(ge)模塊在(zai) LL 動(dong)物(wu)瘤胃(wei)中顯著富(fu)集（LDA>2，P<0.05)。這 4 條通路(lu)包括“糖(tang)(tang)(tang)(tang)酵(jiao)解(jie)”（Ko00010)、“淀粉和(he)蔗(zhe)糖(tang)(tang)(tang)(tang)代謝”（Ko00500)、“半乳(ru)糖(tang)(tang)(tang)(tang)代謝”（Ko00052) 和(he)“甲(jia)烷代謝”（Ko00680)。這 2 個(ge)模塊是“糖(tang)(tang)(tang)(tang)酵(jiao)解(jie)”（M00001) 和(he)“半乳(ru)糖(tang)(tang)(tang)(tang)降解(jie)”（M00632)。“纈(xie)氨酸(suan)、亮(liang)(liang)氨酸(suan)和(he)異亮(liang)(liang)氨酸(suan)降解(jie)”（Ko00280) 的下(xia)游功能也在(zai) LL 牛的瘤胃(wei)中富(fu)集（圖(tu) 4B)。

圖 4  HH 和(he) LL 奶牛瘤(liu)胃碳水化(hua)合(he)物(wu)代謝和(he)能量(liang)代謝的微生物(wu)功(gong)能和(he)種類

CAZyme 研(yan)究中，共(gong)鑒定出 313 個(ge)編(bian)碼(ma) CAZymes 的(de)基(ji)因(yin)，包括(kuo) 8 個(ge)輔助活性(xing)（AAs），79 個(ge)碳(tan)水(shui)化合物(wu)結合模塊（CBMs），16 個(ge)碳(tan)水(shui)化合物(wu)酯酶(mei)（CEs），115 個(ge)糖(tang)苷水(shui)解(jie)酶(mei)（GHs），74 個(ge)糖(tang)基(ji)轉移(yi)酶(mei)（GTs）和 21 種多糖(tang)裂解(jie)酶(mei)（PLs）。其中編(bian)碼(ma) GT2（8.64±0.04%）的(de)基(ji)因(yin)占主要，其次是(shi)編(bian)碼(ma) CE1（4.66±0.02%），GT4（4.34±0.02%），GH2（4.30±0.02%）和 GH3（4.16± 0.02%）的(de)基(ji)因(yin)。

在涉及(ji)解(jie)構碳水化合物（包括纖維素(su)，半纖維素(su)，淀粉，蛋白(bai)質(zhi)和木質(zhi)素(su)）編(bian)碼 CAZymes 的基因中(zhong)，18 種在 HH 奶牛的瘤胃中(zhong)富(fu)集（15 GH、1 CE、1 PL 和 1  AA），而 34 種在 LL 奶牛的瘤胃中(zhong)富(fu)集（27 GH、4 CE、2 PL 和 1  AA）。

在 GTs（涉及碳水化合物的(de)合成(cheng)）中(zhong)，有 11 種(zhong)在 HH 奶牛的(de)瘤胃中(zhong)富(fu)集，而有 2 種(zhong)富(fu)在 LL 奶牛的(de)瘤胃里富(fu)集。

關于 CBMs，涉及復雜(za)碳水化(hua)合物降解相關的非催化(hua)型酶，在 HH 牛的瘤胃中(zhong)富(fu)含 3 種(zhong)，而(er)在 LL 牛的瘤胃中(zhong)富(fu)含 19 種(zhong)。

微生物種類與功能的關系

由于蛋白質含量(liang)是(shi) MPY 的(de)(de)(de)(de)(de)決(jue)定性指標之一，因(yin)此(ci)研(yan)究者(zhe)更多的(de)(de)(de)(de)(de)關注(zhu)在瘤胃(wei)微生物組中(zhong)氨(an)基(ji)(ji)酸(suan)(suan)(suan)代(dai)謝的(de)(de)(de)(de)(de)功能。研(yan)究發現涉及支(zhi)鏈(lian)氨(an)基(ji)(ji)酸(suan)(suan)(suan)（BCAA）代(dai)謝的(de)(de)(de)(de)(de) 2 個重要通(tong)路（圖(tu) 5A）：“纈氨(an)酸(suan)(suan)(suan)，亮(liang)氨(an)酸(suan)(suan)(suan)和異亮(liang)氨(an)酸(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)(de)生物合成”（ko00290）和“纈氨(an)酸(suan)(suan)(suan)，亮(liang)氨(an)酸(suan)(suan)(suan)和異亮(liang)氨(an)酸(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)(de)降解”（ko00280）。對這 2 條通(tong)路的(de)(de)(de)(de)(de)編(bian)碼(ma)酶基(ji)(ji)因(yin)豐度(du)(du)進行了(le)比較，結果表明，HH 牛瘤胃(wei)中(zhong)參與支(zhi)鏈(lian)氨(an)基(ji)(ji)酸(suan)(suan)(suan)生物合成的(de)(de)(de)(de)(de)編(bian)碼(ma)酶基(ji)(ji)因(yin)豐度(du)(du)均顯(xian)(xian)著高于 LL 牛（P<0.05)，而參與支(zhi)鏈(lian)氨(an)基(ji)(ji)酸(suan)(suan)(suan)降解的(de)(de)(de)(de)(de)編(bian)碼(ma)酶基(ji)(ji)因(yin)豐度(du)(du)在 LL 牛瘤胃(wei)中(zhong)均顯(xian)(xian)著升高（P<0.05)。

細(xi)菌種(zhong)類(lei)(lei)與(yu)這兩條支(zhi)鏈(lian)氨(an)基(ji)酸(suan)通(tong)路之間(jian)的(de) Spearman 相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)性網絡的(de)建立，以探討瘤(liu)胃細(xi)菌種(zhong)類(lei)(lei)對微(wei)生(sheng)物支(zhi)鏈(lian)氨(an)基(ji)酸(suan)功能的(de)影(ying)響(xiang)。共(gong)有 24 個種(zhong)與(yu) 2 條支(zhi)鏈(lian)氨(an)基(ji)酸(suan)途(tu)徑有顯著的(de)相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)性（R>0.50,P<0.05)，13 個種(zhong)與(yu)支(zhi)鏈(lian)氨(an)基(ji)酸(suan)生(sheng)物合(he)成途(tu)徑（Ko00290) 呈正相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)。在(zai) 13 個菌種(zhong)與(yu) Ko00290 之間(jian)的(de)正相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)中(zhong)，較強的(de)是(shi)包括 P.multisaccharivorax, P. histicola, P. maculosa, P. buccae,  以及  P. albensis  在(zai)內的(de) 5 種(zhong)普(pu)氏(shi)桿菌屬(shu)（圖(tu) 5B)。

圖(tu) 5A  支(zhi)鏈氨基酸(suan)的生物(wu)合成(cheng)和降解(jie)途徑

圖(tu) 5B  顯(xian)著不(bu)同的(de)菌(jun)種與(yu) 2 條支鏈氨基酸途徑之(zhi)間存(cun)在(zai)關聯的(de)相關網絡圖(tu)

代謝組分析

在瘤(liu)(liu)胃代(dai)(dai)謝(xie)(xie)物中(zhong)共(gong)鑒(jian)定出 263 種(zhong)(zhong)化合物。對瘤(liu)(liu)胃代(dai)(dai)謝(xie)(xie)物的相對濃度(du)進行 t 檢驗和(he) VIP 篩選后，25 種(zhong)(zhong)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)物在兩個 MPY 組間差異顯(xian)著(zhu)（P<0.05，VIP>1；圖(tu)(tu) 6A)，HH 牛瘤(liu)(liu)胃中(zhong) 25 種(zhong)(zhong)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)物的相對濃度(du)顯(xian)著(zhu)高于(yu) LL 組（P<0.05，VIP>1；圖(tu)(tu) 6A)。基(ji)于(yu)這 25 種(zhong)(zhong)顯(xian)著(zhu)不(bu)(bu)同(tong)瘤(liu)(liu)胃代(dai)(dai)謝(xie)(xie)產物的代(dai)(dai)謝(xie)(xie)通路(lu)分析（MetPA) 顯(xian)示，有(you) 10 條通路(lu)富(fu)集（圖(tu)(tu) 6B)，其中(zhong)“維(wei)生素 B6 代(dai)(dai)謝(xie)(xie)”、“甘油脂代(dai)(dai)謝(xie)(xie)”和(he)“β- 丙氨酸代(dai)(dai)謝(xie)(xie)”是顯(xian)著(zhu)不(bu)(bu)同(tong)的通路(lu)（FDR<0.01,pathway impact>0.1)。

瘤(liu)胃(wei)(wei)代(dai)(dai)謝(xie)組(zu)(zu)(zu)還(huan)用于表型(xing)（MPY) 關(guan)聯(lian)分(fen)析，檢測到(dao) 126 個(ge)與 MPY 相關(guan)的代(dai)(dai)謝(xie)型(xing)。126 個(ge) MPY 代(dai)(dai)謝(xie)型(xing)用于 PERMANOVA 分(fen)析，其中(zhong) 106 個(ge) MPY 代(dai)(dai)謝(xie)型(xing)（均為(wei) MPY 陽(yang)性(xing)代(dai)(dai)謝(xie)型(xing)）與瘤(liu)胃(wei)(wei)菌群(qun)變化相關(guan)（P<0.05)。這 106 個(ge) MPY 陽(yang)性(xing)代(dai)(dai)謝(xie)型(xing)被認(ren)為(wei)是瘤(liu)胃(wei)(wei)微生(sheng)物組(zu)(zu)(zu)響應的代(dai)(dai)謝(xie)型(xing)，然(ran)后(hou)發(fa)現它們與 43 個(ge)微生(sheng)物模塊(kuai)顯著相關(guan)（P<0.05)。除了代(dai)(dai)謝(xie)組(zu)(zu)(zu)學鑒定的瘤(liu)胃(wei)(wei)小分(fen)子的相對濃(nong)度(du)外，還(huan)量化了總揮發(fa)性(xing)脂(zhi)肪酸（VFAS)、丙酸、戊酸和異戊酸的 JUé對濃(nong)度(du)（圖 6C,D)，并在 HH 奶牛中(zhong)得到(dao)了顯著的提高（P<0.05)。

圖 6  HH 牛(niu)和 LL 牛(niu)的(de)瘤胃代謝(xie)組

對(dui)于(yu)血清代(dai)謝(xie)組，研(yan)究(jiu)者分析了先前(qian)研(yan)究(jiu)中鑒定的(de)(de) 176 種化(hua)合物。比較(jiao)分析表明(ming)，HH 奶(nai)牛血清中 19 種代(dai)謝(xie)物的(de)(de)相(xiang)對(dui)濃度明(ming)顯(xian)更高(gao)（P<0.05)，LL 奶(nai)牛血清中 12 種代(dai)謝(xie)物的(de)(de)相(xiang)對(dui)濃度顯(xian)著升高(gao)（P<0.05，VIP>1；圖 7A)。

將上述 31 種不同(tong)濃度的代(dai)謝物用于 MetPA 分析，揭(jie)示了 12 條通(tong)(tong)路的富(fu)集（圖 7B)，其(qi)中“甘(gan)氨(an)酸、絲(si)氨(an)酸和蘇氨(an)酸代(dai)謝”、“煙(yan)酸和煙(yan)酰(xian)胺代(dai)謝”、“鞘脂代(dai)謝”、“氨(an)基酰(xian) tRNA 生物合成”和“纈氨(an)酸、亮氨(an)酸和異亮氨(an)酸降解”是顯著不同(tong)的通(tong)(tong)路（FDR <0.01, pathway impact>0.1）。

圖 7   HH 和 LL 牛的血清(qing)代謝組

將(jiang)血(xue)清代謝組用于(yu)表(biao)型（MPY) 關聯(lian)分析，將(jiang)血(xue)清代謝物鑒定(ding)為 MPY 陽性代謝型（21 種(zhong)代謝物）或(huo) MPY 陰性代謝型（14 種(zhong)代謝物）。

為了確定瘤(liu)胃(wei)和(he)(he)血清(qing)(qing)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de) MPY 相關(guan)代(dai)(dai)謝(xie)物(wu)是(shi)(shi)否相關(guan)，研究者比較(jiao)了瘤(liu)胃(wei)和(he)(he)血清(qing)(qing)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)代(dai)(dai)謝(xie)物(wu)，包括兩個 MPY  組之間(jian)顯著差異(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)代(dai)(dai)謝(xie)物(wu)、MPY 陽(yang)(yang)性代(dai)(dai)謝(xie)型和(he)(he) MPY  陰性代(dai)(dai)謝(xie)型等(deng)。差異(yi)(yi)代(dai)(dai)謝(xie)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de) Venn 圖顯示，月桂酸(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)(de)脂肪酸(suan)(suan)是(shi)(shi)瘤(liu)胃(wei)和(he)(he)血清(qing)(qing)共(gong)有的(de)(de)(de)(de)(de)（圖 8A）。對于差異(yi)(yi)代(dai)(dai)謝(xie)通路，HH  奶(nai)牛瘤(liu)胃(wei)和(he)(he)血清(qing)(qing)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)“嘧啶(ding)代(dai)(dai)謝(xie)”、“甘油(you)脂代(dai)(dai)謝(xie)”和(he)(he)“淀粉(fen)和(he)(he)蔗糖代(dai)(dai)謝(xie)”三個途(tu)徑(jing)是(shi)(shi)共(gong)有的(de)(de)(de)(de)(de)（圖 8B）。MPY 相關(guan)代(dai)(dai)謝(xie)型的(de)(de)(de)(de)(de)  Venn 圖顯示，“精氨酸(suan)(suan)和(he)(he)脯氨酸(suan)(suan)代(dai)(dai)謝(xie)”、“氨基酰(xian)基轉移酶合成(cheng)”和(he)(he)“嘌呤代(dai)(dai)謝(xie)”是(shi)(shi)瘤(liu)胃(wei)和(he)(he)血清(qing)(qing) MPY  陽(yang)(yang)性代(dai)(dai)謝(xie)型共(gong)有的(de)(de)(de)(de)(de)（圖 8C）。

圖(tu) 8A&nbsp;&nbsp;Venn 圖(tu)顯(xian)(xian)示不同 MPY 組之間瘤胃(wei)和血(xue)清中的代謝物存(cun)在(zai)顯(xian)(xian)著(zhu)差異。

圖 8B  Venn 圖顯(xian)示關鍵通路（基于(yu)顯(xian)著(zhu)差異的代謝(xie)物(wu)而富集）

圖 8C  Venn 圖顯示瘤胃(wei)和血(xue)清中(zhong)存(cun)在  MPY  陽(yang)性和  MPY 陰性代(dai)(dai)謝產物熱圖顯示每個樣本中(zhong)每個代(dai)(dai)謝物集的  Z  分(fen)數(shu)轉換豐度(du)

瘤胃微生物組，瘤胃代謝組和血清代謝組之間的關系及其對 MPY 的解釋性

瘤胃微生物群與瘤胃代謝產物之間的 spearman 相關性分析：結果顯示有 65 個顯著相關（R>0.50，P<0.05；圖 9A)。在 65 種相關性中，主要 11 個種普氏菌種與氨基酸、多肽、蛋白質、有機化學物質呈正相關（0.50

瘤(liu)(liu)胃微生(sheng)物(wu)群和血(xue)清(qing)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)物(wu)之(zhi)(zhi)間的(de) Spearman 相關(guan)性(xing)分析（圖 9B)：與(yu)瘤(liu)(liu)胃微生(sheng)物(wu)群和瘤(liu)(liu)胃代(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)產物(wu)之(zhi)(zhi)間確定的(de)關(guan)系(xi)相比(bi)，存(cun)在的(de)關(guan)系(xi)較少。瘤(liu)(liu)胃微生(sheng)物(wu)群與(yu)血(xue)清(qing) MPY 相關(guan)的(de)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)型之(zhi)(zhi)間的(de)關(guan)系(xi)表(biao)明，7 個普(pu)氏菌(jun)種參與(yu)幾種氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)基酸(suan)(suan)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)的(de)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)型呈正相關(guan)，這些(xie)氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)基酸(suan)(suan)包(bao)括(kuo)甘氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)酸(suan)(suan)，絲氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)酸(suan)(suan)，蘇氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)酸(suan)(suan)，丙氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)酸(suan)(suan)，天冬氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)酸(suan)(suan)，谷(gu)氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)酸(suan)(suan)，半胱氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)酸(suan)(suan)和蛋氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)酸(suan)(suan)（圖 9D）。

圖 9    瘤(liu)胃(wei)代(dai)謝(xie)組(zu)(zu)、代(dai)謝(xie)組(zu)(zu)和血(xue)清(qing)代(dai)謝(xie)組(zu)(zu)之間(jian)的相互作用

利用線(xian)性混合效應模型進一步(bu)分(fen)(fen)析了瘤胃微生(sheng)物組成(cheng)、功能、代謝(xie)產(chan)物和血清代謝(xie)產(chan)物對宿主  MPY  的貢獻率分(fen)(fen)別為 17.81%、21.56%、29.76%  和 26.78%（圖(tu) 10）。

圖 10  本研究流程圖

結論

這(zhe)些發現為(wei)在相同管理(li)條件下微生物組依賴性(xing)(xing)和寄主依賴性(xing)(xing)機制如何促進奶(nai)牛產奶(nai)質量的不(bu)同個(ge)性(xing)(xing)化(hua)表現提(ti)供了基本(ben)理(li)解。這(zhe)些基本(ben)信息對于開發通過(guo)高(gao)精(jing)度喂(wei)養提(ti)高(gao)牛奶(nai)質量和產量的潛(qian)在操(cao)作策略至(zhi)關重要(yao)。

參考文獻：Ming-Yuan Xue, Hui-Zeng Sun, Xue-Hui Wu, et al. Multi-omics reveals that the rumen microbiome and its metabolome together with the host metabolome contribute to individualized dairy cow performance. Microbiome.2020; 12;8(1):64