代謝組學和宏基因組學研究不同添加劑對青貯品質的影響
al communities and antibiotic resistance genes in high-moisture sweet corn kernel silage
發表期刊：Bioresource Technology
影響因子：9.642
百趣生物提供服務：代謝組學+宏基因組
人口增長促進了全球肉類和牛奶消費量增加，養殖所需飼料用量也逐年上升，發酵后的飼料是進行農副產品處理更好的選擇。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。一些青貯添加劑，如化學試劑、酶、乳酸菌等微生物可以促進發酵，提高營養價值，改善牲畜健康。雖然已有研究發現添加劑的使用影響青貯飼料中細菌群落的組成和相對豐度，但對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非靶代謝組學和宏基因組技術平臺，對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)進行研究，并發現不同添加劑對青貯的代謝物、微生物群落、病毒和抗生素抗性基因分布均有一定的影響。
結果
添加劑對微生物群落的影響
對甜玉米青貯飼料表面微生物和內部微生物都進行了宏基因組測序。發現添加劑顯著影響青貯飼料中的微生物組成。
甜玉米粒青貯的界、門、屬和種水平的微生物群落如圖1所示。除了已知的細菌和真菌外，青貯飼料中還存在各種病毒和古菌。香蘭素處理青貯樣品中病毒的比例最高(2.7%)，LP、LB和對照處理青貯樣品中病毒的比例分別為1.3%、1.2%和1.5%。
在門水平上，所有組中的優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%)和對照處理青貯(2.0%)。不同處理對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照處理青貯料微生物組成的差異可能與添加劑的抑菌機理不同有關。
此外，添加劑的加入對復制、重組和轉運相關的基因，碳水化合物轉運和代謝，乙酰基轉移酶等代謝通路有一定影響。
圖2
添加劑對抗生素耐藥性（ARO）的影響
圖3
ARO基因分布如圖3所示。ARO致病率高的3個基因為tetW.N.W, tetT和tetA46，所有這些都與四環素類抗生素藥物有關。tlrC基因與大環內酯類抗生素類藥物有關。
在V處理青貯中發現了與大環內酯類抗生素、林可酰胺類生素和鏈霉素類抗生素相關的erm41。由此可見，甜玉米籽粒青貯中的耐藥基因主要是對四環素和大環內酯類抗生素產生耐藥性的基因。
不同處理青貯料中ARO基因的相對含量和數量存在差異。青貯飼料中共檢測到135個ARO基因。LB處理青貯飼料中含有116個ARO基因，在4個處理中含量最低；V處理青貯飼料中含有129個ARO基因，在4個處理中含量最高。
由此可見，青貯飼料中添加的抗微生物化合物和微生物產生的次生代謝產物都對ARO的耐藥菌組成和最終含量產生影響。雖然發酵特性表明V是一種很有前景的青貯添加劑，但它的應用可能會導致ARO在食用青貯飼料的動物腸道中傳播。
添加劑對病毒的影響
圖4
添加劑對相對病毒含量有顯著影響(p=0.032)。而CK、LB和LP處理青貯的相對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豐度最高。科水平上，不同添加劑處理青貯病毒相對含量不同（圖4a）。添加劑對物種水平上的病毒相對豐度也有顯著影響（圖4b）。與對照相比，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。本文是首次發現青貯中病毒的差異；對于病毒是如何影響青貯中的微生物群落的未進行深入研究。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。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相關因素。
添加劑對代謝物的影響表1 添加劑加入對青貯代謝物的影響
LB和LP處理青貯的代謝物的含量分別高于對照組青貯的含量。此外，與對照組青貯相比，V處理增加了93個代謝物的含量，降低了139個化合物的含量，而LP和LB處理分別降低了14和16個代謝物的含量。在青貯35天后，V處理的青貯樣品比對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照青貯。與對照組比，信號分子cyclo (Pro-Leu)的含量在LP組和LB組中上調， 在V組中下調。
V處理青貯料中cyclo(Val-Pro)和cyclo(Pro-Leu)含量顯著低于對照處理青貯料。在青貯飼料中發現了表皮生長因子受體激酶抑制劑RG-13022，也發現了抗菌代謝物，如乳酸，其含量的增加會降低pH值，從而抑制霉菌、酵母和其他有害微生物的生長。
本文首次發現青貯飼料中存在細菌、真核生物、病毒、古細菌和其他生物，同時通過宏基因組學和代謝組學研究發現青貯過程中存在復雜的抑菌機制，發現青貯中添加LB可在一定程度上降低病毒存活和ARO傳播風險；為青貯飼料添加劑的選擇和青貯飼料安全性評價提供了新思路。
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