078 研究快报 | 瘤胃宏基因组揭示了不饱和脂肪酸在保持奶牛生产性能的同时缓解甲烷排放的机制

图示：不饱和脂肪酸

HUFA组DMI、OM、粗蛋白摄入量(CPI)、中性洗涤纤维摄入量（NDFI）、和酸性洗涤纤维摄入量（ADFI）均低于LUFA组（P < 0.05），两组产奶量、饲料转化率无显著性差异。

与LUFA组相比，HUFA组ECM和3.5%FCM显著降低，乳脂与乳脂产量显著降低。而UFA含量对牛奶蛋白质、牛奶乳糖、牛奶乳糖产量没有影响（P >0.05）。

与LUFA组相比，HUFA组C16：0、C16：1和C20：3n6含量升高，并且在LUFA组中ω-6与ω-3多不饱和脂肪酸（PUFA）比例更高（P < 0.05）。

与LUFA组相比，HUFA组的C13:0、C18:0、C18:1n9c、C18:2n6c、C18:3n3、CLA-c9t11、CLA-t10c12、C20:0、C20:1、ΣUFA、ΣCLA、Σω-3 PUFA、Σω-6 PUFA的浓度高于LUFA组（P < 0.05）。

甲烷与二氧化碳排放

与LUFA组相比，HUFA组的CH₄和CO₂排放量分别下降了21.60%和12.48%，差异显著（P < 0.05）。此外，HUFA组每千克DMI和OMI的CH₄产量分别下降了15.17%和15.65%（P < 0.05）。

然而，在LUFA和HUFA组之间，每kg DMI的CO₂产量、每kg OMI的CO₂产量以及每kg ECM的CH₄和CO₂产量没有差异（P >0.05）。

瘤胃发酵指数

日粮中UFA浓度的增加不会影响瘤胃中总挥发性脂肪酸（TVFA）、乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐和戊酸盐的浓度（P > 0.05）；

与LUFA组相比，HUFA组中乙酸与丙酸的比例降低。同时，HUFA组中异丁酸、异戊酸和NH3-N的浓度降低（P < 0.05）。

瘤胃微生物

HUFA组的Shannon指数低于LUFA组。主要的细菌门包括Bacteroidetes , Firmicutes , Proteobacteria , 和 Fibrobacteres。主要的细菌属是Prevotella，其次是 Succiniclasticum, Clostridium, Bacteroides,Butyrivibrio, Ruminococcus, 和 Fibrobacter。优势细菌种类包括Succiniclasticum_ruminis,Prevotella_ruminicola,Prevotella_sp_tc2-28,Prevotella_sp_tf2-5,Prevotella_sp_ne3005,和 Clostridiales_bacterium

与LUFA组相比，HUFA组奶牛的拟杆菌丰度较高，而LUFA组奶牛则富含螺旋菌门和12个念珠菌门。Parabacteroides genus在HUFA组中富集，而g_Clostridium, g_Butyrivibrio , Treponema, Coprobacillus, Bacillus, 和 Acholeplasma在LUFA组中富集。

LUFA组奶牛中有39种菌属富集：17种梭菌属、7种密螺旋体属、4种丁酸杆菌属、3种支原体属、2种硬壁菌属和6种其他菌属。HUFA组奶牛中有9种菌属富集：7种普氏菌属、1种瘤胃球菌属和1种硒单胞菌属。

LUFA组奶牛中优势古菌门Euryarchaeota的丰度较高（P < 0.05），而HUFA组奶牛中Candidatus sp.和Crenarchaeota丰度较高（P < 0.05）。LUFA组奶牛中优势古菌属甲烷短杆菌（Methanobrevibacter）的丰度较高。在不同的古细菌种类中，LUFA组奶牛的Methanobrevibacter_sp_YE315丰度较高（P < 0.05），而HUFA组奶牛另外四种古细菌的丰度较高（P < 0.05）。

瘤胃功能概况、差异以及瘤胃微生物组与功能之间的相关性

LUFA组的4种CAZyme（CBM57、CBM58、GT45和GT66）水平较高，而HUFA组的18种CAZyme（GH43_5、GH43_2、GH66、GH43、GH43_29、GH43_19、GH26、GH105、GH35、GH73、GH115、GH51、GH43_10和GH28）水平较高（P < 0.05）。

由KEGG分析得出LUFA组主要富集在一条三级通路（ko00680）中，而HUFA组中富集于12条三级通路（ko00910、ko00790、ko00770、ko00541、ko00525、ko00520、ko00400、ko00330、ko00311、ko00130、ko00052和ko00040）中。

在属水平上，g_Clostridium和g_Butyrivibrio的丰度与CH₄代谢通路呈正相关（P < 0.05）。此外，g_Methanobrevibacter和 g_Methanosphaera的丰度与CH₄代谢呈正相关（P < 0.05），但相关性较弱（P >0.05）。g_Prevotella和g_Bacteroides丰度与HUFA组富集的通路呈正相关（P < 0.05）。

相比之下, g_Clostridium, g_Methanobrevibacter, g_Methanosphaera,和 g_Methanobacterium的丰度与HUFA组中富集的通路呈负相关（P < 0.05），其中

g_Methanobrevibacter和 g_Methanobacterium的丰度与大多数通路相关（P < 0.05）。在物种水平上，s_Clostridiales_bacterium, s_bacterium_F083, s_Mycoplasma_sp_CAG877, 和 s_Lachnospiraceae_bacterium_G41的丰度与CH₄代谢呈正相关（P < 0.05）。

6 s_Prevotella sp.的丰度与HUFA组中富集的一些通路呈正相关（P < 0.05），s_Methanobribacter_millerae和s_MethanoBribacter_spYE315丰度与这些通路呈负相关（P < 0.05）。此外，s_bacterium_P201的丰度与这些通路大多数呈正相关，而s_Ruminococcus _sp_HUN007的丰度与大多数通路呈负相关（P < 0.05）。

产甲烷过程中相关酶的基因丰度

与LUFA组相比，HUFA组中参与将CO2还原为5-甲基-H4MPT的氢营养途径的酶的基因丰度（EC:1.2.7.12，EC:2.3.1.101，EC:3.5.4.27，EC:1.5.98.1和EC:1.5998.2）较低（P < 0.05）。

与LUFA组相比，HUFA组中催化乙酸转化为5-甲基-H4MPT的酶（EC:6.2.1.1）水平较低（P < 0.05）。然而，两组中催化甲醇转化为5-甲基-H4MPT的酶水平没有变化。

LUFA组参与产甲烷核心步骤的酶水平（EC:2.1.1.86和EC:2.8.4.1）高于HUFA组（P < 0.05）。

结果与展望

增加日粮中UFA的含量在降低奶牛瘤胃CH₄产量方面起着重要作用。高通量测序分析表明，UFA抑制了瘤胃中的甲烷短杆菌，从而降低了产甲烷过程中多种酶的相对丰度。因此，瘤胃中的CH₄代谢途径减少，最终导致瘤胃中CH₄的产生减少。

此外，UFA含量的增加不会影响牛奶产量。虽然乳脂减少，但HUFA组的牛奶脂肪的分布更符合现代人类的营养需求。

该研究有助于提高奶牛的能量利用效率，促进拟杆菌对碳水化合物和氮的利用，增加瘤胃中碳水化合物和氮代谢的同时有助于减少CH₄的产量，为探索奶牛CH₄减排措施提供了新的依据。

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