代謝組學(xué)和宏基因組學(xué)研究不同添加劑對(duì)青貯品質(zhì)的影響

al communities and antibiotic resistance genes in high-moisture sweet corn kernel silage
發(fā)表期刊：Bioresource Technology
影響因子：9.642
百趣生物提供服務(wù)：代謝組學(xué)+宏基因組
 

人口增長促進(jìn)了全球肉類和牛奶消費(fèi)量增加，養(yǎng)殖所需飼料用量也逐年上升，發(fā)酵后的飼料是進(jìn)行農(nóng)副產(chǎn)品處理更好的選擇。罐頭廠每年丟棄大量的破碎甜玉米，顆粒中含有大量的水溶性碳水化合物、淀粉和水分，但高含量的水分制約著青貯品質(zhì)。一些青貯添加劑，如化學(xué)試劑、酶、乳酸菌等微生物可以促進(jìn)發(fā)酵，提高營養(yǎng)價(jià)值，改善牲畜健康。雖然已有研究發(fā)現(xiàn)添加劑的使用影響青貯飼料中細(xì)菌群落的組成和相對(duì)豐度，但對(duì)青貯中的抗性基因和代謝物的影響研究較少。

本研究基于LC-MS非靶代謝組學(xué)和宏基因組技術(shù)平臺(tái)，對(duì)四種不同處理的高水分玉米粒青貯（去離子水CK、香蘭素V、植物乳桿菌LP和短乳桿菌LB，n = 6/組)進(jìn)行研究，并發(fā)現(xiàn)不同添加劑對(duì)青貯的代謝物、微生物群落、病毒和抗生素抗性基因分布均有一定的影響。

在門水平上，所有組中的優(yōu)勢微生物均為厚壁菌門(>76%)、變形菌門(>2%)和子囊菌門(>1.7%)。V組青貯中變形菌門豐度最高(9.2%)，其次是LP處理青貯(8.4%)、LB處理青貯(5.4%)和對(duì)照處理青貯(2.0%)。不同處理對(duì)子囊菌的豐度有顯著影響，LB組子囊菌豐度最高(5.5%)，LP、V和對(duì)照組次之。其他微生物在門水平上的豐度均小于0.1% 。

LEfSe分析的結(jié)果中可以得出不同處理之間的類群存在差異（圖2）。CK、LP、LB和V處理在綱、目、科、屬和種水平上顯著影響了青貯的微生物組成。添加劑處理青貯料與對(duì)照處理青貯料微生物組成的差異可能與添加劑的抑菌機(jī)理不同有關(guān)。

此外，添加劑的加入對(duì)復(fù)制、重組和轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的基因，碳水化合物轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝，乙酰基轉(zhuǎn)移酶等代謝通路有一定影響。

圖2

圖3

ARO基因分布如圖3所示。ARO致病率高的3個(gè)基因?yàn)?em>tetW.N.W, tetT和tetA46，所有這些都與四環(huán)素類抗生素藥物有關(guān)。tlrC基因與大環(huán)內(nèi)酯類抗生素類藥物有關(guān)。

在V處理青貯中發(fā)現(xiàn)了與大環(huán)內(nèi)酯類抗生素、林可酰胺類生素和鏈霉素類抗生素相關(guān)的erm41。由此可見，甜玉米籽粒青貯中的耐藥基因主要是對(duì)四環(huán)素和大環(huán)內(nèi)酯類抗生素產(chǎn)生耐藥性的基因。

不同處理青貯料中ARO基因的相對(duì)含量和數(shù)量存在差異。青貯飼料中共檢測到135個(gè)ARO基因。LB處理青貯飼料中含有116個(gè)ARO基因，在4個(gè)處理中含量最低；V處理青貯飼料中含有129個(gè)ARO基因，在4個(gè)處理中含量最高。

由此可見，青貯飼料中添加的抗微生物化合物和微生物產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物都對(duì)ARO的耐藥菌組成和最終含量產(chǎn)生影響。雖然發(fā)酵特性表明V是一種很有前景的青貯添加劑，但它的應(yīng)用可能會(huì)導(dǎo)致ARO在食用青貯飼料的動(dòng)物腸道中傳播。

圖4

添加劑對(duì)相對(duì)病毒含量有顯著影響(p=0.032)。而CK、LB和LP處理青貯的相對(duì)病毒含量差異不顯著，LP處理青貯的病毒含量最低，V處理青貯的病毒相對(duì)豐度最高�？扑�平上，不同添加劑處理青貯病毒相對(duì)含量不同（圖4a）。添加劑對(duì)物種水平上的病毒相對(duì)豐度也有顯著影響（圖4b）。與對(duì)照相比，V、LP和LB處理青貯的乳酸菌病毒豐度較低。此外，青貯中的40個(gè)顯著屬中有Ea214病毒、Phieco32病毒、Cr3病毒、T7病毒、Moon病毒、Cr3病毒、Phikm病毒和Phikz病毒，說明青貯中的病毒主要為微生物病毒或噬菌體。細(xì)菌是微生物噬菌體或病毒的宿主，微生物群落和組成的多樣性也可能影響噬菌體的組成。本文是首次發(fā)現(xiàn)青貯中病毒的差異；對(duì)于病毒是如何影響青貯中的微生物群落的未進(jìn)行深入研究。但初步確定病毒通過傳播毒力因子和抗生素抗性基因提高毒力/抗性性狀的表達(dá)。因此，高病毒含量可能是V處理青貯飼料中ARO基因豐度升高的另一個(gè)相關(guān)因素。

表1 添加劑加入對(duì)青貯代謝物的影響

LB和LP處理青貯的代謝物的含量分別高于對(duì)照組青貯的含量。此外，與對(duì)照組青貯相比，V處理增加了93個(gè)代謝物的含量，降低了139個(gè)化合物的含量，而LP和LB處理分別降低了14和16個(gè)代謝物的含量。在青貯35天后，V處理的青貯樣品比對(duì)照處理的青貯樣品檢測到更多的肉桂酸及其衍生物 (表1)。

V處理青貯飼料中木素酰胺含量較高，LP處理青貯飼料中木素酰胺含量較低。在V處理青貯中抗真菌代謝物顯著高于對(duì)照青貯。與對(duì)照組比，信號(hào)分子cyclo (Pro-Leu)的含量在LP組和LB組中上調(diào)， 在V組中下調(diào)。

V處理青貯料中cyclo(Val-Pro)和cyclo(Pro-Leu)含量顯著低于對(duì)照處理青貯料。在青貯飼料中發(fā)現(xiàn)了表皮生長因子受體激酶抑制劑RG-13022，也發(fā)現(xiàn)了抗菌代謝物，如乳酸，其含量的增加會(huì)降低pH值，從而抑制霉菌、酵母和其他有害微生物的生長。

本文首次發(fā)現(xiàn)青貯飼料中存在細(xì)菌、真核生物、病毒、古細(xì)菌和其他生物，同時(shí)通過宏基因組學(xué)和代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)青貯過程中存在復(fù)雜的抑菌機(jī)制，發(fā)現(xiàn)青貯中添加LB可在一定程度上降低病毒存活和ARO傳播風(fēng)險(xiǎn)；為青貯飼料添加劑的選擇和青貯飼料安全性評(píng)價(jià)提供了新思路。

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