Microbiome | 牛瘤胃微生物如何調(diào)控肌內(nèi)脂肪沉積？西北農(nóng)林科技大學昝林森/成功團隊揭示背后機制

牛肉因其高蛋白、低脂肪和豐富的氨基酸含量，被視為優(yōu)質(zhì)肉類來源。隨著生活水平的提高，消費者對牛肉品質(zhì)的要求也越來越高，而肌內(nèi)脂肪含量是衡量牛肉品質(zhì)的關鍵指標，直接影響著大理石花紋等級和口感。我國地方品種賈縣紅牛以肉質(zhì)優(yōu)良著稱，但其肌內(nèi)脂肪沉積的分子機制尚不明確。微生物與宿主基因的相互作用已被證實能影響多種經(jīng)濟性狀，然而在肌內(nèi)脂肪沉積領域，相關研究仍相對缺乏，探索其背后的調(diào)控機制具有重要的科學意義和應用價值。

近日，西北農(nóng)林科技大學動物科技學院肉牛遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新團隊昝林森教授和成功副研究員團隊在《Microbiome》期刊在線發(fā)表了題為《Rumen microbiota-host interactions regulate intramuscular fat deposition in cattle via the alpha-linolenic acid-fatty acid β-oxidation/L-carnitine-MPO axis》的研究論文。該研究通過多組學聯(lián)合分析與體外細胞驗證，系統(tǒng)揭示了瘤胃微生物與宿主基因互作調(diào)控肉牛肌內(nèi)脂肪沉積的分子機制。2022級碩士研究生張文濤（已畢業(yè)）、王苗力（已畢業(yè)），2024級碩士研究生劉晨陽為本論文的共同第一作者，成功副研究員為通訊作者。

研究團隊首先對賈縣紅牛瘤胃液進行非靶向代謝組學分析，發(fā)現(xiàn)α-亞麻酸是一個促進脂肪沉積的關鍵代謝物。進一步通過宏基因組學分析，鑒定出四個菌屬——Cnuella、Gaetbulibacter、Moheibacter和Lacibacter，它們與α-亞麻酸水平呈顯著正相關，表明這些微生物在塑造有利于肌內(nèi)脂肪沉積的代謝環(huán)境中發(fā)揮著重要作用，可能通過調(diào)控脂肪酸的生成與轉運來影響最終肉質(zhì)。

通過對背最長肌組織的代謝組學分析，團隊發(fā)現(xiàn)高肌內(nèi)脂肪組中N,N,N-三甲基賴氨酸、L-肉堿和甜菜堿的水平顯著降低。這些代謝物與脂肪酸β-氧化途徑密切相關。通路分析顯示，在高肌內(nèi)脂肪組中，脂肪酸β-氧化通路被顯著抑制，從而減少了脂肪酸的分解，促進了脂肪的沉積，揭示了肌肉組織中脂肪積累的代謝調(diào)控網(wǎng)絡。

在蛋白組學層面，研究發(fā)現(xiàn)MPO蛋白與L-肉堿和甜菜堿等代謝物存在顯著的負相關性，并與ACSF2等脂肪酸代謝關鍵酶協(xié)同作用。進一步的體外細胞實驗證實，過表達MPO基因能顯著增強肌內(nèi)脂肪細胞的脂滴積累和甘油三酯含量。而添加L-肉堿和甜菜堿則能顯著抑制MPO基因的表達，從而驗證了多組學分析結果。

最終，研究團隊通過相關性分析和隨機森林模型，構建了“微生物-α-亞麻酸-脂肪酸β-氧化/L-肉堿-MPO”調(diào)控軸。該模型闡明了瘤胃微生物如何通過調(diào)控α-亞麻酸的生成，進而影響肌肉組織中的脂肪酸氧化途徑和關鍵基因表達，最終實現(xiàn)對肌內(nèi)脂肪沉積的精細調(diào)控，為未來通過調(diào)控瘤胃微生物來提升牛肉品質(zhì)提供了全新的理論依據(jù)和潛在靶點。

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