瘤胃细菌蛋氨酸和赖氨酸的合成与分解代谢路径及其调控机理

Research on the amino acids nutrition developed rapidly with proposing of the new protein system. The new research hotspot in animal nutrition includes rational combination of amino acids, improvement of the availability of protein and nitrogen. For overall consideration of the relationship among various amino acids and the degree of amino acids to affect ruminal microorganisms have become to the difficult point in ruminant nutrition. The stable isotope labeling technique, macro transcriptome and bioinformatics are all applied in the present project. Utilizes ruminal metabolism of the first and second limiting amino acids (methionine and lysine) for goats fed representative diets as the point of penetration, carry out the study on screen and identification of ruminal bacteria which possessed the powerful degradability of methionine and lysine and its taxonomic status determination,the characteristic of ruminal metabolism kinetics of methionine and lysine and the quantitative relation of anabolism and catabolism, and metabolic pathway network analysis of methionine and lysine for ruminal bacteria. The present project is aimed to provide theoretical basis and technical support for revealing the metabolic mechanisms of methionine and lysine for ruminal bacteria and establishing the nutrition manipulation technical proposal for efficient utilization of amino acids in ruminants.

随着反刍动物新蛋白质体系的提出，对氨基酸营养的研究随之进入崭新的局面。尤其是针对蛋白质和限制性氨基酸的代谢，合理搭配日粮氨基酸，提高饲料蛋白质和氮利用率则成为动物营养领域新的研究热点。如何考虑多种限制性氨基酸之间的关系、氨基酸对瘤胃微生物的影响程度已成为反刍家畜营养研究的难点。本项目拟以生长山羊为实验动物，利用稳定性同位素标记、宏转录组学和生物信息学等研究方法，以典型日粮条件下瘤胃细菌对生长山羊第一和第二限制性氨基酸（蛋氨酸和赖氨酸）代谢途径为切入点，筛选和鉴定具有蛋氨酸和赖氨酸降解活性的瘤胃细菌，并确定其分类学地位；深入研究瘤胃细菌对蛋氨酸和赖氨酸代谢动力学特征以及合成与分解代谢定量关系；进而解析瘤胃细菌蛋氨酸和赖氨酸代谢通路网络，旨在为揭示反刍家畜瘤胃细菌蛋氨酸和赖氨酸代谢机理，以及建立反刍家畜氨基酸高效利用营养调控技术方案提供理论依据和技术支撑。

反刍家畜生产性能提高，小肠氨基酸转运、吸收和利用及微生物蛋白产量受到限制时，会导致氨基酸需要量增加，表现出某些氨基酸的限制性作用；日粮配比造成氨基酸组成的变化，直接影响氨基酸的限制性顺序，玉米-豆粕型日粮主要限制性氨基酸为蛋氨酸与赖氨酸，而瘤胃微生物对氨基酸的代谢作用导致进入小肠氨基酸具有不可预见性。本项目运用16S rRNA高通量测序技术、同位素标记技术、代谢组学技术等，结合双外流连续培养系统，探究不同日粮蛋白质来源条件下蛋氨酸与赖氨酸的代谢特征。研究结果表明：同位素示踪条件下，明确瘤胃微生物能摄取利用发酵液中的游离氨基酸；不同植物蛋白或非蛋白氮来源会影响瘤胃微生物组成，进而影响氨基酸合成与分解代谢，改变代谢产物组成；瘤胃微生物摄取氨基酸后，用于微生物蛋白合成或者迅速被代谢，并且氨基酸以及代谢产物在发酵液与微生物之间存在周转现象；此外，氨基酸的浓度会影响瘤胃微生物区系，并且能够影响其在微生物中的代谢通路。本研究结果初步揭示了限制性氨基酸在瘤胃中的代谢特征，为进一步研究反刍动物瘤胃微生物氨基酸代谢机理提供理论依据与技术支撑。