提高生產(chǎn)效益和降低環(huán)境污染是草食家畜養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)面臨的兩大主要挑戰(zhàn)。草食家畜氮利用率僅為20~36%，而64~80%的氮以糞尿排泄物的形式排放到環(huán)境中。草食家畜因瘤胃及其微生物的存在，其氮代謝與單胃動(dòng)物相比，更加神秘和具有挑戰(zhàn)性。一般而言，草食家畜的代謝蛋白由瘤胃可降解蛋白（RDP）和過瘤胃蛋白（RUP）兩部分組成，其組成可作為調(diào)控機(jī)體氮素利用率的關(guān)鍵點(diǎn)，但目前尚缺乏深入的機(jī)制研究。
近期，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所畜禽健康養(yǎng)殖與農(nóng)牧復(fù)合生態(tài)研究中心譚支良研究員團(tuán)隊(duì)以斷奶山羊?yàn)槟Ｐ?，解析了代謝蛋白組成調(diào)控關(guān)鍵營養(yǎng)素利用效率的微生物機(jī)理。結(jié)果表明，與低RUP相比，高RUP可以顯著提升斷奶山羊的生長性能和關(guān)鍵營養(yǎng)素消化率，且需要至少6周的日糧干預(yù)才能對生產(chǎn)性能產(chǎn)生顯著影響?；诩S便微生物多樣性、代謝及功能的系統(tǒng)分析表明，高RUP日糧干預(yù)顯著提高了后腸道的氨基酸平衡，促進(jìn)了產(chǎn)丁酸菌Eubacterium的定植及其向營養(yǎng)物質(zhì)成分（如氨基酸和葡萄糖）的趨化運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步在ABC轉(zhuǎn)運(yùn)載體介導(dǎo)下將小分子營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)入胞內(nèi)進(jìn)行利用。最終，微生物代謝從產(chǎn)乙酸逐漸轉(zhuǎn)為產(chǎn)丁酸和支鏈氨基酸進(jìn)而促進(jìn)機(jī)體的代謝（圖A和B）。與此同時(shí)，密集縱向采集的9個(gè)時(shí)間點(diǎn)的糞便樣品微生物分析表明，斷奶山羊的微生物發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)不同的階段，主要包括纖維降解菌Ruminococcus的增加、微生物細(xì)胞活力的增強(qiáng)和發(fā)酵類型的改變，強(qiáng)調(diào)了斷奶后山羊腸道內(nèi)的微生物呈現(xiàn)出內(nèi)在規(guī)律式的發(fā)展進(jìn)程（圖C）。本研究對代謝蛋白組成干預(yù)引發(fā)的早期日糧-微生物軸提供了新的見解，提示應(yīng)該高度重視草食家畜日糧干預(yù)的時(shí)間窗口和干預(yù)時(shí)長，為后期提高氮素利用率及降低氮排放提供了科技支撐。
該研究成果以Enhancing metabolic efficiency through optimizing metabolizable protein profile in a time progressive manner with weaned goats as a model: involvement of gut microbiota為題發(fā)表在Microbiology Spectrum雜志上。該研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31730092,U20A2057）和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)（A類）子課題（XDA26040304）的聯(lián)合資助。
代謝蛋白組成調(diào)控關(guān)鍵營養(yǎng)素利用效率的微生物機(jī)理。圖A，HRUP干預(yù)誘導(dǎo)Eubacterium定植，通過其自身的鞭毛運(yùn)動(dòng)向營養(yǎng)物質(zhì)趨動(dòng)，并利用ABC轉(zhuǎn)運(yùn)載體吸收營養(yǎng)物質(zhì)；圖B，HRUP增強(qiáng)了丁酸代謝途徑，將微生物代謝從產(chǎn)乙酸轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)丁酸和支鏈氨基酸（纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸）；圖C，腸道微生物組成、功能和代謝物隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。紅色字體表示增加，綠色字體表示減少。