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中国农业大学动科学院曹志军教授团队揭示早期日粮对犊牛肠道抗性基因组成和微生物动态变化的影响

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-05-21  来源:中国农业大学  浏览次数:57
核心提示:近日,环境科学研究权威期刊《总体环境科学》(Science of The Total Environment)在线发表了我校动科学院曹志军教授团队的研究论文《幼龄反刍动物早期日粮影响肠道抗性基因组成和微生物的动态变化》。
  中国农大新闻网讯 近日,环境科学研究权威期刊《总体环境科学》(Science of The Total Environment)在线发表了我校动科学院曹志军教授团队的研究论文《幼龄反刍动物早期日粮影响肠道抗性基因组成和微生物的动态变化》(Initial Diet Shapes Resistance-Gene Composition and Fecal Microbiome Dynamics in Young Ruminants During Nursing)。
 
  初乳作为犊牛的早期日粮,对犊牛的生长、肠道健康和免疫系统成熟至关重要。曹志军教授团队自2010年起开展初乳系统研究与技术示范,首创中国初乳标准化操作程序-初乳“124”原则,入选农业农村部主推技术,在超过100万头后备奶牛上推广使用,提升行业整体初乳质量管理水平,显著提高了我国新生犊牛成活率,降低发病率。然而,初乳饲喂也可能成为抗性基因传播的潜在途径,有关初乳处理方式对初乳质量、犊牛表型以及肠道抗性基因和微生物影响的综合效应还有待进一步研究。
 
  该研究发现,初乳巴氏杀菌处理可明显降低初乳中的总细菌数,但对初乳中的免疫球蛋白含量无显著影响。此外,对犊牛的生长和健康表型分析发现,犊牛采食巴氏杀菌后的初乳,有利于防止有害菌的大量定殖,改善后肠道健康,使得犊牛断奶后的腹泻频率显著下降4.7%。而且,巴氏杀菌初乳能提高犊牛血清中超氧化物歧化酶的含量,降低血清淀粉样蛋白A的含量,提高血清中免疫球蛋白含量,说明初乳巴氏杀菌不仅能改善犊牛氧化能力,还能降低炎症反应,增加免疫球蛋白的表观吸收率。从抗性基因与微生物角度分析发现,初乳巴氏杀菌处理显著降低了抗性基因的α多样性,同时还降低了肠杆菌科细菌的丰度,从而降低了它们对抗性基因的贡献度。另外,从整体微生物群落来看,初乳巴氏杀菌显著降低了犊牛微生物群落携带的氨基糖苷类、β-内酰胺类和四环素类耐药基因的比例。从微生物定植角度分析发现,与对照组相比,饲喂巴氏杀菌的初乳可显著减少28日龄和70日龄犊牛肠道微生物之间的相互作用,降低抗性基因的横向传递。该研究还发现,链球菌作为携带大量耐药基因的菌在犊牛3日龄时可能通过环境或者初乳进入犊牛体内,并随着粪便排除。而饲喂巴氏杀菌的初乳,降低了链球菌在后续犊牛肠道中的定植。
 
  综上所述,研究团队基于宏基因组技术和16S rRNA基因扩增子测序分析发现,初乳巴氏灭菌可以影响犊牛肠道抗性基因组、微生物组成和其动态变化。揭示了巴氏杀菌可以更好的降低犊牛肠道中耐药基因的丰度,并减少微生物之间的互作,降低传播风险。研究结果强调了早期日粮、犊牛抗性基因传播和微生物动态变化之间复杂的相互作用,对于生产实践具有重要指导意义。
 
  中国农业大学为该论文的第一完成单位,动科学院博士生陈天宇、博士后刘帅为论文的共同第一作者,曹志军教授为论文的通讯作者。奶牛营养创新团队负责人李胜利教授对本研究给予了大力支持,该研究获得了国家自然科学基金面上项目(32272902)、“十四五”国家重点研发计划课题(2023YFD1300904)和中国博士后科学基金(2023M733801)项目的资助。
 
  曹志军教授课题组长期从事奶牛营养与牛奶质量研究。2015年首次提出奶牛母子一体化养殖理念与关键技术,牵头成立国际后备牛培育协作创新平台(International Calf and Heifer Organization),主办三届国际后备牛大会(2018,2020,2022)。第一或通讯作者在农业、奶业与动物科学领域顶级期刊《奶业科学杂志》(Journal Dairy Science)发表文章14篇,多篇论文发表于《细胞代谢》(Cell metabolism)、《微生物组》(Microbiome)、《前沿研究》(Journal of Advanced Research)等国际知名期刊,1篇入选ESI高被引论文,主持制定国家标准《后备奶牛饲养技术规范(GB/T37116-2018)》,成果入选农业农村部主推技术3项,获教育部科技进步一等奖(2019,排名1)、神农中华农业科技奖优秀创新团队(2023,排名1)、国家科技进步二等奖(2014,排名5)等,在国内外具有一定影响力。
 
关键词: 微生物 基因 动物