科研 | NPJ BIOFILMS MICROBI：牦牛适应高海拔生活过程中，食物-肠道微生物相互作用的季节变化（国人佳作）( 六 )

为代表的固定肠道肠型，在食物稀少的寒冷季节对调节营养需求起着至关重要的作用。为了验证这一假设，我们在KEGG数据库中基于属水平泛基因组研究了Akkermansia和Kiritimatellaeota的关联功能。结果表明， Akkermansia和Kiritimatiellaeota表现出酶（参与精氨酸和脂肪酸生物合成途径）的趋同富集（map00220和map00061）（图8）。由Akkermansia和 Kiritimatiellaeota介导的丙酮酸，产生乙酰辅酶A ，进入三羧酸（TCA）循环，参与精氨酸的生物合成，也调节脂肪酸的合成。值得注意的是，我们观察到12种酶在精氨酸生物合成中起关键作用，但在低氮胁迫条件下，没有酶参与尿素合成以减少尿中氮的损失。 7种酶中有6种直接参与脂肪酸的生物合成，并有助于能量沉积。这些结果表明，高海拔哺乳动物为了在寒冷季节有效利用氮和能量沉积而进化出脂肪酸的生物合成途径。

本文插图

图8 宿主与Akkermansis和uncultured Eubacterium WCHB1-41_ge相关的代谢途径。 Akkermansis和uncultured的组成是影响精氨酸和脂肪酸合成的关键因素，在寒冷季节显著升高。这些微生物群可能有助于在饮食和蛋白质摄入不足的寒冷季节产生能量。所有酶和EC（酶命名法）编号均来自KEGG数据库。讨论
我们测定了高海拔地区大型食草动物饮食组成和肠道微生物群落组成的季节变化。牦牛常年在青藏高原的草原上放牧，面临着严峻的挑战，特别是在极寒、食物供应有限的季节。为了在这样的条件下生存，牦牛进化出了解剖学和生理学上的适应能力。此外，本研究还报道了牦牛及其瘤胃微生物群落的趋同进化。瘤胃微生物群落遵循独特的适应策略，其组成与低海拔地区的反刍动物不同。在这项研究中，季节对饮食和肠道微生物群落都有限制，但对微生物群落的限制不如饮食。季节对微生物群落组成的影响与食物供应和化学组成有关，可能是源于底物可利用性导致的肠道微生物群落结构的重新装配。令人惊讶的是，在不同季节，与饮食组成的变化相比，肠道菌群是相对稳定的，这表明高海拔哺乳动物的肠道菌群组成在不同季节间进化出了稳定的模式。相比之下，人类和其他哺乳动物的肠道微生物群随着季节性饮食变化而显著不同。为了应对宿主的周期季节性饮食波动，肠道微生物群可以改变其代谢率和从复杂碳水化合物中提取的能量，并最终促进宿主和微生物的共同进化。此外，我们的研究结果支持了目前的TH区域的放牧策略，即将牦牛迁移到不同的地点、寻找合适的食物。这种做法减轻放牧压力，从而提高动物的性能。正如我们的饮食和微生物群落分析所表明的那样，对于牦牛和植物之间的关系有更好的理解，可以为TH区域适当的放牧率和改善草地管理策略提供良好见解。与进食效率相关的关键微生物群可为加强以微生物群落为主导的饲养计划提供替代解决方案，以改善牦牛的生长性能，特别是在寒冷季节。缺乏准确的方法来评估和识别放牧草食性哺乳动物的复杂饮食特点一直是野外研究的一个长期障碍。常规方法包括野外观察、显微组织学和植物表皮蜡中天然正构烷烃的提取。但是，这些方法不适合于植物多样性较高的草食性哺乳动物的饮食分析。现场观察要求高能见度，容易遗漏植物物种，而组织学非常繁琐，而且往往不准确。当动物消耗大量植物物种时，正烷烃法识别能力有限。用正构烷烃法测定青藏高原放牧牦牛的食物组成时，只能检测出2、3种主要膳食成分。 DNA宏条形码研究从冻土沉积物样品中鉴定出了大型土壤动物饮食以非禾本草本占优势，并能够从7种大型食草哺乳动物中分离出细粒度生态位。这些研究表明，利用DNA宏条形码可有效地定性和定量识别摄入的植物。本研究提供了对肠道菌群和功能的生物学见解。特别的，我们描述了自由放牧牦牛肠道类型以及功能基因组信息随季节饮食的变化。

科研 | NPJ BIOFILMS MICROBI： 牦牛适应高海拔生活过程中，食物-肠道微生物相互作用的季节变化（国人佳作）( 六 )

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