近日，国产在线 反刍动物遗传与进化研究团队王禹教授课题组联合动物营养与健康养殖科技创新团队姚军虎教授课题组在宿主-微生物共调控奶牛瘤胃挥发性脂肪酸生成和利用的研究中取得新进展，相关研究结果以题为“Host‒microbial co-regulation mediates rumen volatile fatty acid production and utilization in dairy cows”在线发表于国际期刊《SCIENCE CHINA-Life Sciences》（中科院1区Top，IF=9.5）。国产在线 2021级博士研究生王伟（已毕业）和2024级博士研究生任建荣为本论文的共同第一作者，王禹教授、武圣儒教授和姚军虎教授为共同通讯作者。

牛、羊等反刍动物的瘤胃微生物发酵产生的挥发性脂肪酸（VFAs）可为宿主提供70%以上的能量来源。挥发性脂肪酸主要包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异丁酸和异戊酸等。前期研究发现乙酸、丙酸等VFAs的生成直接影响奶牛的泌乳性能。因此，解析宿主-微生物在VFAs产生和利用中的调控作用，对提升反刍动物生产性能和优化饲料能量利用效率具有重要意义。然而，瘤胃微生物区系如何影响VFAs生成，哪些关键微生物能够因果性的调控瘤胃VFAs浓度尚不清楚。此外，宿主瘤胃上皮基因如何响应不同浓度VFAs的吸收、转运和代谢过程，进而平衡能量高效利用，长期以来缺乏系统的解答。

据此，研究团队通过整合530头荷斯坦奶牛的宿主基因组、瘤胃转录组、瘤胃微生物组以及挥发性脂肪酸测定数据，运用GWAS、MWAS、TWAS、MR和WGCNA等多种组学关联分析方法，系统评估了宿主遗传、瘤胃微生物及瘤胃上皮基因对VFAs生成和利用的影响。研究发现VFAs表型具有中等遗传力（0.10~0.36），宿主遗传、瘤胃微生物及瘤胃上皮基因分别能够平均解释约23%、58%和61%的VFAs浓度变化。瘤胃微生物的组成、群落多样性在高、低VFA组之间存在显著差异，通过双向孟德尔随机化（MR）方法鉴定到11种与瘤胃VFAs存在潜在因果关系的微生物，其中Bacteroidales_RF16_group、Prevotella、Clostridia_UCG-014和[Eubacterium]_ventriosum_group与乙酸、丙酸和丁酸浓度呈正相关。进一步，结合TWAS、WGCNA和多重相关性网络分析，发现宿主瘤胃上皮参与脂肪酸β氧化相关的基因（如HSD17B4、ACADVL、ACADL、CPT1A和ANGPTL4）与主要VFAs浓度和VFAs产生菌呈负相关，而线粒体氧化磷酸化ATP生成相关基因（NDUFAB1、NDUFA2、NDUFA7和COX6B2）与主要VFAs浓度和VFAs产生菌呈正相关。这些结果表明，可以通过改变瘤胃微生物群落及其代谢产物来调节瘤胃上皮细胞中与能量代谢相关基因的表达，而宿主这些基因的动态响应机制有助于高效利用VFAs并减少能量损失。这些发现也为理解反刍动物主要依赖VFA供能的宿主-微生物协同进化机制提供了新见解。

该项研究为揭示瘤胃VFAs复杂的动态调控模式提供了一个全面的视角，阐明了瘤胃微生物和宿主瘤胃上皮基因响应VFA生成和高效利用的调控机制，相关研究成果为未来通过“宿主遗传选育-靶向微生物干预-精准饲料营养调控”相结合的策略，定向优化反刍动物能量利用效率、提升生产性能奠定了坚实的理论基础。

本研究得到国家重点研发计划青年科学家项目（2021YFF1001000）和国家乳业技术创新中心项目（2024-KFKT-031和2024-JSGG-028）的共同资助。

原文在线链接：//www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-025-3206-7