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淀粉的瘤胃降解速率和降解量影响反刍动物瘤胃代谢与机体健康。日粮瘤胃可降解淀粉(rumen degradable starch,RDS)是决定反刍动物消化道健康与养分利用的关键日粮因子之一。日粮RDS含量影响奶山羊瘤胃发酵特性及泌乳性能,但缺乏对瘤胃微生物代谢功能和肝脏代谢影响的系统研究。本研究通过小麦部分替代玉米的方式提高日粮RDS,研究RDS含量对奶山羊瘤胃代谢的动态影响,利用宏基因组学技术探究瘤胃微生物功能,利用基于16S r RNA测序的瘤胃上皮微生物多样性分析和基于RNA-Seq的瘤胃上皮转录组学分析研究瘤胃上皮屏障功能,利用代谢组学解析肝脏代谢,以阐明日粮RDS调控瘤胃和肝脏代谢的分子机制。试验一日粮瘤胃可降解淀粉对奶山羊瘤胃代谢动态变化的影响为研究在日粮淀粉和粗蛋白质含量及泌乳净能一致情况下,RDS含量对奶山羊瘤胃代谢动态变化的影响,试验在控制DMI一致的前提下,利用小麦部分替代玉米的方式增加日粮RDS含量,形成三个梯度RDS含量的日粮:低RDS(LRDS=20.52%)、中RDS(MRDS=22.15%)和高RDS(HRDS=24.88%)。试验选取6只健康关中奶山羊(2-3 y,54±2.4 kg),安装永久性瘤胃瘘管,分为3个处理,采用3×3重复拉丁方试验设计,每期28 d。结果显示,晨饲后瘤胃液p H值、乙酸和丁酸比例及乙丙比呈先下降后逐步升高的趋势;氧化还原电势、TVFA浓度和丙酸比例呈先上升后逐步下降的趋势。试验期第21 d,HRDS组在08:00、12:00和16:00时瘤胃液乙酸比例显著低于其他两组(P<0.05);在8:00、12:00、14:00和16:00时丙酸比例显著高于其他两组(P<0.05),而乙丙比(P<0.05)显著低于其他两组。相关性分析结果显示,瘤胃液氧化还原电势与p H(P<0.05)和乙丙比(P<0.05)呈显著负相关。HRDS日粮显著提高瘤胃液和血浆游离LPS浓度(P<0.05),降低了苜蓿干草24 h的DM、NDF和ADF原位降解率(P<0.05)以及48 h的CP原位降解率(P<0.05)。本研究表明小麦部分替代玉米提高日粮RDS含量,影响奶山羊瘤胃代谢,促进瘤胃丙酸型发酵,降低纤维素酶活性,造成毒性物质游离LPS的积累。试验二日粮瘤胃可降解淀粉对奶山羊瘤胃微生物代谢功能的影响试验一表明日粮RDS影响瘤胃发酵特性,为进一步研究日粮RDS是否通过改变奶山羊瘤胃微生物代谢功能影响瘤胃代谢,试验利用宏基因组学技术解析瘤胃微生物组成及碳水化合物降解相关的KOs和GHs家族基因丰度差异。试验选取18只健康、泌乳期关中奶山羊(二胎次,45.8±1.54 kg),根据体重与泌乳量配对并随机分为三个处理组,分别饲喂LRDS、MRDS和HRDS日粮。结果显示,与LRDS日粮相比,HRDS日粮显著降低瘤胃液p H(P<0.05)、氨态氮浓度(P<0.05)、NAD~+浓度(P<0.05)和NAD~+/NADH比例(P<0.05);显著提高瘤胃液中丙酸比例(P<0.05)、琥珀酸(P<0.05)和延胡索酸(P<0.05)浓度。门水平优势菌有:Bacteroidetes、Firmicutes、Proteobacteria和Spirochaetes。与LRDS日粮相比,HRDS日粮显著降低瘤胃液中主要的乙酸产生菌Clostridiaceae、Ruminococcaceae、Clostridium和Blautia相对丰度(P<0.05)。GHs和GTs是碳水化合物活性酶中丰度最高的两个家族。与LRDS日粮相比,HRDS日粮显著降低含内切纤维降解酶基因的GH9家族、含淀粉降解酶基因的GH13＿9家族和CBM48家族的基因丰度(P<0.05),显著提高含半纤维素降解酶基因的GH43＿4家族和GH43＿5家族的基因丰度(P<0.05)。与LRDS日粮相比,HRDS日粮趋于降低内切葡聚糖酶EC3.2.1.4基因丰度(0.05≤P<0.10),显著提高淀粉降解酶EC3.2.1.3基因丰度(P<0.05),而由丙酮酸生成乙酸和丙酸的途径中涉及到的相关酶组间无显著差异(P>0.05)。本研究表明日粮RDS影响瘤胃微生物碳水化合物降解功能:HRDS降低瘤胃液p H,抑制乙酸产生菌增殖,降低内切纤维酶基因丰度;增加瘤胃淀粉降解量,提高淀粉酶基因丰度和丙酸比例,但降低催化模块与淀粉底物的结合活性。试验三日粮瘤胃可降解淀粉对奶山羊瘤胃上皮屏障功能的影响试验二表明日粮RDS通过瘤胃微生物碳水化合物功能影响了瘤胃发酵特性,为探究日粮RDS通过瘤胃代谢产物对奶山羊瘤胃上皮屏障功能的影响,试验利用基于16S r RNA测序的微生物多样性分析和基于RNA-Seq的转录组学分析研究瘤胃上皮附着微生物组成与组织基因表达变化。微生物组成的β-多样性分析表明日粮RDS含量改变瘤胃上皮附着微生物的细菌组成与结构。菌群组成的结果显示,与LRDS日粮相比,HRDS日粮显著提高了瘤胃上皮附着菌中Ruminiclostridium＿9、Ruminiclostridium＿5、Stenotrophomonas、Nocardioides和Paracoccus相对丰度(P<0.05,LDA>2),同时显著降低了Rikenellaceae＿RC9、Pseudoramibacter、Alloprevotella、Bradyrhizobium、Succinivibrio和Howardella相对丰度(P<0.05,LDA>2)。将科水平与属水平丰度前30的菌与瘤胃发酵参数进行相关性分析,结果显示:瘤胃液p H与Spirochaeta＿2和Desulfovibrio呈显著正相关(P<0.05),与Streptocoocus和Lachnospiraceae＿NK3A20呈显著负相关(P<0.05);乙酸比例与Lachnospiraceae＿NK3A20和Ruminococcaceae＿UCG.002呈显著正相关(P<0.05);丙酸比例(P<0.05)和乙丙比(P<0.05)与Campylobacter呈显著正相关。瘤胃上皮转录组测序结果显示,日粮HRDS影响血管平滑肌收缩、肌动蛋白骨架调节、c GMP-PKG信号通路、钙信号通路和焦点连接等信号通路。与屏障功能和炎症相关的差异基因中,与LRDS日粮相比,HRDS日粮显著降低与屏障功能相关的KRT3、KRT10、KRT79、DSG1表达(P<0.05),显著提高与炎症反应相关的MLCK、KLK9、KLK10和KLK13表达(P<0.05),显著提高了与组织细胞能量供应相关的PDK4表达(P<0.05)。本研究表明日粮RDS含量影响奶山羊瘤胃上皮微生物组成与结构,HRDS日粮可能损伤瘤胃上皮屏障与增殖功能,激活炎症反应。试验四日粮瘤胃可降解淀粉对奶山羊肝脏代谢的影响前期试验表明,HRDS日粮显著提高瘤胃和血液游离LPS浓度,损伤瘤胃上皮屏障功能,瘤胃游离LPS易位至外周血液循环。在前期研究基础上,本试验分析高RDS含量引起的游离LPS易位对肝脏健康和代谢的影响。结果显示,与LRDS日粮相比,HRDS日粮显著提高了血浆谷草转氨酶(P<0.05)和碱性磷酸酶(P<0.05)活性;趋于提高肝脏促炎性细胞因子TNFα的m RNA相对表达水平(P=0.098)。与糖代谢相关的基因表达组间无显著差异。与脂代谢相关的基因表达结果表明:与LRDS日粮相比,HRDS日粮显著提高肝脏PPARα和CPT1的m RNA相对表达水平(P<0.05)以及CPT1的蛋白表达水平(P<0.05)。代谢组学结果显示,与LRDS组相比,在HRDS组显著提高(VIP>1,P<0.10)的代谢物包括:牛磺鹅胆酸、牛磺脱氧胆酸、LPC(18:1)、L-肉毒碱和L-棕榈酰肉毒碱;显著降低(VIP>1,P<0.10)的代谢物包括:甘油磷酰胆碱、PC1 8:0/18:1、LPC 14:0、LPC 16:0、LPC 18:0、cis-(6,9,12)-亚麻酸、油酸、16-羟基棕榈酸、十七烷酸、植烷酸和α-羟基肉豆蔻酸。与LRDS组相比,HRDS组显著提高肝脏胆汁酸合成关键酶CYP7A1的m RNA相对表达量(P<0.05),显著降低了回肠粘膜胆汁酸受体FXR和胆汁酸转运载体ASBT的m RNA相对表达量(P<0.05)。本研究表明HRDS日粮造成肝脏损伤,促进脂肪酸氧化,紊乱胆汁酸肝肠循环。上述结果表明,HRDS日粮抑制瘤胃微生物纤维降解功能,影响瘤胃发酵特性,损伤瘤胃上皮屏障功能;瘤胃液游离LPS积累并易位至外周血液循环,损伤肝脏,促进脂肪酸β-氧化并紊乱胆汁酸肝肠循环。