肉牛全产业链的关键技术（利用菌群优化肉牛育种）

10月17日的《热心肠日报》，我们解读了 10 篇文献，关注：养殖动物，瘤胃菌群，牛，鸡，灵长类动物，海鱼，蚊子，蜜蜂。 ​​

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微生物组驱动的养殖策略，健康且环保

Microbiome——[16.837]

① 整合386份牛全基因组、359份瘤胃宏基因组和245份脂肪酸数据，研究瘤胃中与宿主基因相关的微生物功能基因及其与脂肪酸含量的关联；② 发现约1000个受宿主基因组影响的微生物核心功能基因（HGFC），分别占总基因数和总丰度的27.6%和13.89%；③ 部分HGFC丰度与衡量牛肉中脂肪酸特征的CLA和N3指数相关，且与甲烷排放负相关；④ 宿主基因组显著影响了厌氧弧菌属和丁酸弧菌属的丰度，两者是瘤胃中脂质分解重要参与者，且与CLA和N3指数显著正相关。

【主编评语】

饮食中的ω-3（n-3）脂肪酸对人体健康有诸多好处，但相较鱼类等富含ω-3脂肪酸的水产品而言，牛肉产品中ω-3脂肪酸的含量相对较少。牛肉中ω-3脂肪酸与瘤胃中细菌有关，且受到饮食和遗传的影响。Microbiome杂志发表了一项研究，探究了宿主基因-瘤胃菌群-肉中有益脂肪酸含量之间的关联，为基于瘤胃菌群的种牛筛选，以及提升肉品质和减少甲烷排放的微生物组干预提供了新思路。（@青城昊）

【原文信息】

Microbiome-driven breeding strategy potentially improves beef fatty acid profile benefiting human health and reduces methane emissions

2022-10-05, doi: 10.1186/s40168-022-01352-6

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家牛大肠细菌群落的全球系统基因组和代谢重建

Microbiome——[16.837]

① 纳入6个国家11项研究的436个牛粪便样本，重建了34600个宏基因组组装基因组（MAG），包括2114个高质量和1232个核心MAG；② 系统发育基因组学表明，重建基因组及其近亲形成了不同分支，且聚类模式类似宏基因组样本来源；③ 粪便细菌类群具有不同的代谢特征，其完整代谢途径主要与碳水化合物、氨基酸代谢有关，但完整代谢途径中的一部分由不同微生物编码预测的酶仍然存在；④ 饮食改变影响粪便菌群组成、α多样性和潜在毒力因子。

【主编评语】

家牛的肠道菌群对于其营养补充及病原感染至关重要，然而目前关于细菌在牛肠道中所起的作用尚不清楚。近日，发表在Microbiome上的文章，重建了首个全球牛粪便菌群基因目录，有助于全面分析丰富但认识不充分的细菌菌群的系统发育关系和代谢。（@圆圈儿）

【原文信息】

A global phylogenomic and metabolic reconstruction of the large intestine bacterial community of domesticated cattle

2022-09-26, doi: 10.1186/s40168-022-01357-1

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沈锡辉：探索瘤胃菌群中AI-2介导的种间通讯

Microbiome——[16.837]

① 分析981个瘤胃细菌基因组并鉴定15种群体感应（QS）相关基因；② 对QS相关基因丰度进行分析，发现680个细菌基因组包含自身诱导因子-2(AI-2)合成酶或受体编码基因；③ AI-2介导的瘤胃微生物之间的种内和种间交流在瘤胃中普遍存在；④ 含有dCache1的AI-2受体介导的QS过程对于植物降解、食物消化及宿主能量和营养所必需；⑤ 瘤胃微生物可能通过AI-2与细胞外传感器dCache1结构域结合，激活参与不同信号转导途径的相应受体，从而协调社会行为。

【主编评语】

瘤胃中具有复杂菌群，微生物可附着在植物表面进行植物降解以启动生物膜形成，并将饲料转化为营养物质和能量；群体感应 (QS) 是一种由自诱导物 (AI) 介导的细胞间通讯机制，微生物利用自合成的特异性QS信号分子，调节菌群中基因的表达，从而触发趋化性和生物膜形成等社会行为。目前QS已在纯培养条件下的模式微生物中得到了广泛的研究，然而其在复杂的细菌群落（例如瘤胃菌群）中的机制尚不清楚。近日，西北农林科技大学张磊团队联合沈锡辉团队在Microbiome发表文章，系统地分析了瘤胃微生物基因组和元转录组中参与细胞间通讯的基因/蛋白质，揭示了QS在瘤胃中的重要性，并表明自身诱导因子-2（AI-2）介导不同瘤胃微生物间的种间交流。（@圆圈儿）

【原文信息】

Exploring AI-2-mediated interspecies communications within rumen microbial communities

2022-10-07, doi: 10.1186/s40168-022-01367-z

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国内团队：不同膳食碳水化合物如何影响牛瘤胃的微生物氢代谢？

ISME Journal——[11.217]

① 纳入24头肉牛，随机均分为高纤维或高淀粉饲料组，收集瘤胃内容物和上皮组织；② 两组的挥发性脂肪酸浓度、氢气代谢、甲烷生成和瘤胃菌群组成有显著差异；③ 高纤维组中富集纤维分解菌群（纤维化细菌和产甲烷菌），纤维利用率和产甲烷氢化酶等增加，溶解氢浓度下降；④ 高淀粉组中富集淀粉降解菌和乳酸利用菌，促进丙酸生成和氢营养型细菌增殖，减少甲烷生成，提高氢能利用率；⑤ 体外实验发现高纤维组菌群促进乙酸和丁酸盐生成，甲烷生成减少。

【主编评语】

反刍动物的瘤胃微生物能够分解复杂的碳水化合物，产生挥发性脂肪酸和氢分子，其中氢气主要被古菌转化为温室气体甲烷。因此，更好了解膳食碳水化合物如何影响氢代谢和甲烷生成的机制非常重要。近日，中国科学院亚热带农业研究所王敏、谭支良及团队在The ISME Journal发表最新研究，以湘西黄牛为研究对象，揭示反刍动物瘤胃氢代谢的日粮碳水化合物驱动机制。发现不同碳水化合物类型会改变牛瘤胃微生物群的组成和功能，并具有不同的氢气代谢，这与瘤胃产甲烷、挥发性脂肪酸的产生和分布密切相关。总之，该研究为反刍动物氢代谢和甲烷生成机制提供了新见解。（@九卿臣）

【原文信息】

Dietary selection of metabolically distinct microorganisms drives hydrogen metabolism in ruminants

2022-08-05, doi: 10.1038/s41396-022-01294-9

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国内团队：肠道菌群可帮助鸡对抗肾型传染性支气管炎病毒感染

Microbiome——[16.837]

① 用广谱抗生素（ABX）清除SPF鸡的肠道菌群导致鸡对肾型传染性支气管炎病毒（IBV）抵抗力下降，感染后病毒载量增加、临床症状加重；② ABX处理的鸡感染IBV后，激活的巨噬细胞比例显著下降，I型干扰素（IFN-I）产生减少，外周血单核细胞和脾脏中干扰素刺激基因（ISG）表达下调；③ 补充鼠乳杆菌可抑制ABX处理的鸡感染IBV；④ 机制上，鼠乳杆菌的胞外多糖通过干扰素受体IFNAR诱导巨噬细胞分泌IFN-I，促进ISG表达从而起到抗IBV感染作用。

【主编评语】

禽肉是人类蛋白质的重要来源。家禽饲养离不开抗生素的使用，但抗生素的残留和耐药性问题推动人们寻找预防、治疗家禽感染的替代方法。已知哺乳动物的肠道菌群可以帮助宿主对抗病毒感染，但目前对家禽共生菌群在抗病毒方面的作用研究较少。近日，齐齐哈尔大学生命科学与农林学院江新杰、于天飞及其团队在Microbiome发表研究文章，指出了鸡肠道菌群在抗肾型传染性支气管炎病毒（IBV）感染方面的作用和可能机制，为预防和控制鸡肾型IBV提供了新的思路。（@芥末）

【原文信息】

Chicken intestinal microbiota modulation of resistance to nephropathogenic infectious bronchitis virus infection through IFN-I

2022-10-03, doi: 10.1186/s40168-022-01348-2

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非人类灵长类动物中，母体如何影响后代生命早期肠道菌群成熟？

Current Biology——[10.9]

① 使用16S rRNA扩增子测序，表征狮尾狒和人类生命前3年的肠道微生物组成，评估母体对后代菌群的影响；② 狮尾狒和人类婴儿有相似的菌群和定殖轨迹：出生后菌群α多样性增加，断奶前菌群组成逐渐变化，从母乳到植物性饮食的过渡驱动生命早期菌群组成的变化；③ 母亲本身也是影响后代肠道微生物群的一个重要因素：在哺乳期，非生产第一胎母亲的后代肠道微生物成熟更快，在断奶后，幼年微生物群的组成倾向于与母体微生物群更相似。

【主编评语】

生命早期的微生物定植影响人类宿主生理学、免疫，及长期健康。然而，我们对这一动态过程的了解仍然很少。Current Biology发表的研究，通过对野生灵长类动物狮尾狒进行16S rRNA扩增子测序分析发现，在哺乳期间和断奶过渡期后，母亲可以影响后代肠道微生物群的组成和变化。提示这种微生物介导的母体效应，可能有助于塑造哺乳动物发育表型。（@NL）

【原文信息】

Maternal effects on early-life gut microbiota maturation in a wild nonhuman primate

2022-09-12, doi: 10.1016/j.cub.2022.08.037

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Nature子刊：群居狒狒的个性化肠道菌群

Nature Ecology & Evolution——[19.1]

① 对来自12个群体的600只狒狒在14年间的1.7万份粪便的16S数据进行分析；② 狒狒的肠道菌群结构变化具有季节性、周期性和高度个性化的规律；③ 尽管共享环境和饮食，但不同狒狒间的肠道菌群仅有微弱的同步性；④ 同一群体中的狒狒间比不同群体的狒狒具有更相似的肠道菌群，但同一狒狒的菌群相似性远超过不同狒狒；⑤ 宿主因素对菌群纵向动态的偏差解释度是所有群体共享因素（降雨量和温度等）的10倍，是群体内共享因素（饮食和活动范围等）的3倍。

【主编评语】

社会性动物往往会生活在相似的环境，吃类似的食物，遇到类似的病原体。这种共同的生活方式，加上梳理毛发等频繁的互动行为，导致人们认为群居动物间会共享很多微生物。Nature Ecology & Evolution发表了一项研究，利用14年来收集的纵向微生物组数据调查了野生狒狒肠道菌群的同步性问题，发现尽管狒狒社会群体内享有共同的饮食和环境，但狒狒的肠道菌群却是高度个性化的，只显示出社会群体内的微弱同步性信号，这与预期的共同环境和社会行为导致宿主间享有极为相似的菌群观点相反。这项研究进一步揭示了个性化的微生物组不是现代人类生活方式仅有的标志，因此，未来对圈养和野生动物的菌群预测和干预可能还需关注宿主遗传学等关键驱动因素。（@青城昊）

【原文信息】

Synchrony and idiosyncrasy in the gut microbiome of wild baboons

2022-06-02, doi: 10.1038/s41559-022-01773-4

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中科院城环所：微塑料和四环素对海鱼肠道菌群有何影响？

Journal of Hazardous Materials——[14.224]

① 研究聚苯乙烯（PS）、四环素及两者联合暴露30天对海水青鳉肠道和鱼鳃菌群的影响；② PS和四环素单独或联合暴露对肠道菌群的影响显著强于鱼鳃菌群；③ 联合暴露鱼鳃菌群对肠道菌群的贡献为65.8%，相比单独暴露，联合暴露显著降低菌群网络复杂性和稳定性，导致关键物种转变；④ PS和四环素单独或联合暴露改变了肠道菌群网络物种和肝代谢物间关联；⑤ PS和四环素对肠道菌群互作有负协同效应，在鱼鳃菌群中不存在类似影响。

【主编评语】

微塑料是化学新有机污染物的良好载体，可吸附抗生素。然而，微塑料和抗生素对水生生物的单独/联合作用尚不清楚。近日，中科院城环所胡安谊、黄乾生及团队在Journal of Hazardous Materials发表最新研究，发现聚苯乙烯（PS）和四环素单独/联合暴露对鱼肠道菌群的影响比对鳃菌群的影响更强，可能会间接影响肝脏代谢及其代谢物与肠道菌群之间的关联性。总之，该研究为深入认识微塑料和抗生素对水生生物共生菌群的协同效应提供了科学依据。（@九卿臣）

【原文信息】

Network analysis reveals significant joint effects of microplastics and tetracycline on the gut than the gill microbiome of marine medaka

2022-09-14, doi: 10.1016/j.jhazmat.2022.129996

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蚊子性别及其肠道真菌菌群调控果糖代谢

Microbiome——[16.837]

① 联用代谢组学、同位素示踪法及高通量测序技术，探究白纹伊蚊摄入果糖后果糖相关的代谢途径以及肠道菌群的动态；② 雄性和雌性蚊子的糖同化动力学和代谢途径存在显著差异，表明性别驱动不同的碳代谢调控模式；③ 摄入果糖后，肠道中的细菌和真菌组成出现性别效应，且多种真菌类群间存在竞争和协同相互作用；④ 相关性分析表明，参与果糖同化的活跃且关键的真菌类群与果糖衍生代谢物之间存在很强的相关性。

【主编评语】

越来越多的研究发现碳水化合物对蚊子的代谢很重要，但目前关于蚊子及其肠道菌群参与糖代谢途径的研究有限。近日，发表在Microbiome上的文章表明蚊子的性别及其倡导真菌菌群影响着白纹伊蚊的果糖代谢，这项研究为蚊子碳水化合物代谢提供了新的见解，并强调蚊子性别和活跃的菌群相互作用在调节蚊子果糖同化过程中的关键作用，为未来研究蚊子-菌群营养相互作用开辟了新途径。（@圆圈儿）

【原文信息】

Mosquito sex and mycobiota contribute to fructose metabolism in the Asian tiger mosquito Aedes albopictus

2022-08-30, doi: 10.1186/s40168-022-01325-9

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Nature子刊：肠道菌群影响蜜蜂的社交网络

Nature Ecology & Evolution——[19.1]

① 自动追踪9对各100只无菌工蜂（MD）和肠道菌群重组的工蜂（CL）的蜂群行为；② 相对于MD，CL个体间触角接触次数和专业化显著增加，其他交互行为、存活率及行为模式无差异；③ 菌群定植与大脑中1/3代谢物的丰度较高有关，如在突触传递和大脑能量功能中起作用的氨基酸、社交互动数量的重要预测因子等；④ 肠道菌群通过影响大脑转录过程（如与感官刺激感知有关的大脑区域的表观遗传修饰、氨基酸代谢等）以增加社交倾向。

【主编评语】

肠道菌群影响动物的神经发育和行为，但其是否影响动物的群体生活尚不清楚。近日发表在Nature Ecology & Evolution上的文章，利用蜜蜂探究肠道菌群对宿主社会行为的影响，并发现肠道菌群会影响蜜蜂的社交互动率和社交网络结构，进而影响蜂群内的信息和营养流动。因此，这项研究表明肠道菌群对蜜蜂复杂的社会生活至关重要。（@圆圈儿）

【原文信息】

The gut microbiota affects the social network of honeybees

2022-08-22, doi: 10.1038/s41559-022-01840-w

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感谢本期日报的创作者：青城昊，upupup，岳晨博，Zzz，DMG-Quasimodo，阿童木，一袋大侠

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