隨著全球氣候變化加劇，極端低溫天氣頻發(fā)，畜牧業(yè)面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。寒冷應(yīng)激不僅導(dǎo)致牲畜生長(zhǎng)緩慢、免疫力下降，還可能引發(fā)疾病甚至死亡。如何提升牲畜的抗寒能力，成為保障畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。

近期，中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院畜牧團(tuán)隊(duì)聯(lián)合山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、黃三角生物遺傳與分子精準(zhǔn)育種實(shí)驗(yàn)室和黃河口生物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)研發(fā)中心，以呼倫貝爾羊（耐寒型）與湖羊（低溫敏感型）為研究對(duì)象，通過(guò)構(gòu)建綿羊冷慢性應(yīng)激模型，結(jié)合限飼控制，系統(tǒng)解析了盲腸微生物群落、代謝產(chǎn)物及宿主轉(zhuǎn)錄組的協(xié)同響應(yīng)機(jī)制。

研究發(fā)現(xiàn)，微生物代謝“分工”差異決定兩種綿羊抗寒能力的不同。呼倫貝爾羊?yàn)楸?丁酸雙驅(qū)動(dòng)，高效節(jié)能。盲腸微生物多樣性顯著改變，產(chǎn)丙酸的普雷沃菌和產(chǎn)丁酸的羅斯氏菌豐度增加，甲烷菌減少，促進(jìn)能量高效利用。丙酸作為葡萄糖前體，通過(guò)肝臟糖異生為全身供能，丁酸則強(qiáng)化腸道屏障功能并激活免疫應(yīng)答，其濃度顯著高于湖羊。免疫指標(biāo)分泌型IgA水平上升，炎癥因子調(diào)控更精準(zhǔn)，能量消耗減少，平均日增重未受低溫影響。湖羊則為乙酸代謝+組織產(chǎn)熱，代價(jià)更高。微生物群變化較小，乙酸濃度顯著增加，需依賴組織產(chǎn)熱維持體溫，導(dǎo)致能量損耗較大。促炎因子IL-1β升高，抗炎因子IL-10僅小幅上升，免疫平衡壓力大，平均日增重顯著下降。

該研究揭示了湖羊依賴微生物-宿主互作增強(qiáng)產(chǎn)熱，而呼倫貝爾羊通過(guò)微生物功能重塑實(shí)現(xiàn)“節(jié)能型”適應(yīng)的不同響應(yīng)機(jī)制，這為家畜環(huán)境適應(yīng)性研究提供了新模式。該成果不僅為抗寒育種提供分子標(biāo)記，也為開發(fā)“微生態(tài)抗寒制劑”奠定理論基礎(chǔ)，助力畜牧業(yè)應(yīng)對(duì)氣候挑戰(zhàn)。

研究團(tuán)隊(duì)下一步研究將擴(kuò)大樣本規(guī)模，驗(yàn)證丙酸、丁酸及其產(chǎn)生菌在綿羊抗寒中的因果關(guān)系，并探索通過(guò)飼料添加劑或菌群移植定向優(yōu)化綿羊腸道微生態(tài)的方法。

研究成果以Enhanced propionate and butyrate metabolism in cecal microbiota contributes to cold-stress adaptation in sheep為題，發(fā)表于微生物學(xué)國(guó)際權(quán)威期刊Microbiome。西北研究院博士生程新東為論文第一作者，楊果研究員為通訊作者。該研究獲中國(guó)科學(xué)院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、甘肅省科技重大專項(xiàng)等項(xiàng)目資助。

湖羊和呼倫貝爾羊盲腸微生物代謝對(duì)冷應(yīng)激的不同響應(yīng)機(jī)制