基于多组学技术研究典型日粮诱导奶牛乳脂合成抑制的分子机理

The fat content is very important in regard to milk quality and economic value， which is also closely associated with cow health; additionally, fat content could be affected by many factors, especially by the component of diet. Diet-induced milk fat depression (MFD) is a specific reduction in milk fat synthesis caused by feeding the diets with high contents of rapidly fermentable carbohydrates and polyunsaturated fatty acid (PUFA). However, the mechanism involved in MFD has not been fully elucidated, much controversy still remains. Eight Holstein cows at peak period of lactation with rumen fistula will be used in change-over experiment to evaluate the effect of MFD induced by high levels of concentrate diet or high levels PUFA diet on the variation of rumen fermention, microbial diversity and metabolites, and the difference in gene expression profiles and pathway related to lipid metabolism in liver and mammary gland by integrating the methods of microbiome, metabonomic and transcriptomics, further reveal the lipid metabolism and molecule mechanism of MFD, providing theoretical basis and practical parameters for the increasement of milk fat content and preparation of diets.

乳脂是牛奶的重要成分，是衡量牛奶质量和价格的主要指标之一，同时也与奶牛健康密切相关。乳脂含量受多种因素影响，尤其是日粮组成。日粮中易发酵碳水化合物或多不饱和脂肪酸含量过高时可引起奶牛乳脂合成抑制，造成乳脂降低综合征。但是现有理论尚不能完全解释乳脂合成抑制的机制，且存在很大争议。因此，本研究拟选用8头装有瘤胃瘘管的泌乳高峰期荷斯坦奶牛，采用反转试验设计，利用微生物组学、代谢组学和转录组学技术，研究高精料和高多不饱和脂肪酸两种典型日粮诱导乳脂合成抑制及恢复过程中瘤胃发酵、微生物多样性和代谢产物的变化特征，挖掘肝脏和乳腺组织中的脂质代谢差异表达基因和通路，进一步整合多组学数据以揭示两种典型日粮诱导奶牛乳脂合成抑制时的脂质代谢规律和分子调节机制，为合理配制日粮和提高乳脂含量提供数据和理论支撑。

本项目选取8头高产荷斯坦奶牛，研究高淀粉（HS）和高油脂（HO）两种日粮诱导乳脂合成抑制（MFD）及恢复过程中泌乳性能、血液代谢、瘤胃发酵等变化。结果如下：.诱导期16 d时HS组和HO组奶牛乳脂率由3.96 %分别降至3.46 %和2.68 %（P<0.05），MFD诱导成功。诱导过程中，HS组产奶量先上升后下降，HO组逐步上升，其中第8 d-16 d时HO组高于HS组（P<0.05）；两组乳脂率和乳脂产量均逐步下降，HO组10 d-16 d 乳脂率低于HS组（P<0.05）。HS组血浆LDL-C浓度先下降后上升（P<0.05），HO组TC、HDL-C和LDL-C浓度逐步升高（P<0.05）。.MFD诱导过程中，HS组晨饲后6 h瘤胃pH值逐步降低（P<0.05），HO组未受显著影响；两组瘤胃TVFA、乙酸、丙酸、戊酸含量先升高后降低（P<0.05），乙丙比逐步降低（P<0.05）。诱导期，HS组瘤胃Firmicutes、Rikenellaceae_RC9_gut_group等菌门或属丰度降低（P<0.05），Prevotellad等菌属丰度升高（P<0.05），HO组未受显著影响；HS组和HO组瘤胃真菌区系也发生了相应变化。HS组和HO组瘤胃差异代谢物主要富集在不饱和脂肪酸（P=0.002）和类固醇激素生物合成通路（P=0.016）。.MFD诱导期，两组奶牛纤维消化率降低（P<0.05）；HO组粗脂肪消化率降低（P<0.05）。MFD诱导过程中，两组奶牛粪便pH值下降（P<0.05），丙酸含量呈增加趋势（P=0.09）。HS组粪便Spirochaetes等菌门丰度降低（P<0.05），HO组Verrucomicrobiota菌门丰度降低（P<0.05）。.HS组奶牛乳脂率与瘤胃丙酸浓度负相关，HO组乳脂率与瘤胃乙丙比正相关，与TVFA、丙酸、丁酸和戊酸浓度负相关（P<0.05）。瘤胃细菌区系，HS组乳脂率或产量与19个属相关，HO组与22个属相关（P<0.05）。与HS组乳脂率或产量相关的瘤胃代谢物19种，与HO组相关的40种（P<0.05）。.综上，HS日粮和HO日粮均可对奶牛乳脂合成、血液代谢、瘤胃发酵、微生物区系和代谢物等指标产生影响；奶牛对HS日粮较敏感，显著变化的指标多于HO日粮，HO日粮更易诱发MFD。