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大家好，這里是專注表觀組學(xué)十余年，領(lǐng)跑多組學(xué)科研服務(wù)的易基因。 2024年01月13日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林業(yè)與園林學(xué)院張慶教授團隊在《Chemical Engineering Journal》雜志上發(fā)表了以《Novel strategy to understand the aerobic deterioration of corn silage and the influence of Neolamarckia cadamba essential oil by multi-omics analysis》為題的研究論文，該研究通過多組學(xué)分析方法，深入探討了青貯飼料的好氧變質(zhì)過程，并提出了一種新的策略來改善青貯的有氧穩(wěn)定性，這對于動物生產(chǎn)和環(huán)境保護具有重要意義。易基因科技為本研究提供微生物組學(xué)建庫測序分析技術(shù)服務(wù)。
標(biāo)題：Novel strategy to understand the aerobic deterioration of corn silage and the influence of Neolamarckia cadamba essential oil by multi-omics analysis（利用多組學(xué)分析了解玉米青貯好氧變質(zhì)及黃梁木葉精油對其影響的研究） 時間：2024-01-13 期刊：Chemical Engineering Journal 影響因子：15.1
研究背景：青貯飼料（silage）是一種厭氧發(fā)酵飼料，容易受到不良微生物活動的影響而發(fā)生有氧惡化。這種惡化會導(dǎo)致重要營養(yǎng)成分的減少，影響動物生產(chǎn)性能和食品安全。為了更好地理解青貯飼料的有氧惡化過程及其潛在機制，以及黃梁木Neolamarckia cadamba（NCL）精油對這一過程的影響，研究者進行了宏基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)的分析。 實驗方法：研究者在2021年制備了全株玉米青貯，并在暴露于空氣中的不同時間點（0、3、7、14天）進行了溫度、發(fā)酵質(zhì)量、微生物群落和代謝物的分析。隨后，提取并分析了NCL精油的成分，并研究了其對從有氧惡化青貯中分離出的微生物菌株的抗菌活性。最后，在2022年，將NCL精油添加到全株玉米青貯中，研究其對青貯有氧穩(wěn)定性的影響和機制。 研究結(jié)果： 玉米青貯的有氧惡化：全株玉米青貯在有氧條件下出現(xiàn)惡化，包括溫度上升、pH值變化、酵母和霉菌計數(shù)的增加，以及乳酸和乙酸含量的減少。同時通過主坐標(biāo)分析（PCoA），觀察到微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。在有氧惡化過程中，特定的細菌和真菌群落（如Bacillales、Clostridiales、Saccharomycetales和Eurotiales）的相對豐度增加，這些可能是導(dǎo)致青貯有氧惡化的原因（圖1，表1）。其中微生物群落動態(tài)與化學(xué)成分的變化有關(guān)，同時與青貯的營養(yǎng)價值和穩(wěn)定性密切相關(guān)（圖2）。
圖1. 全株玉米青貯在空氣中暴露14 d的變化。 圖1A展示了全株玉米青貯在14天暴露于空氣后發(fā)霉的過程。 圖1B展示了pH值和酵母計數(shù)隨時間的變化，這些變化與微生物群落的活動和青貯的有氧惡化過程相關(guān)。 圖1C-D通過主坐標(biāo)分析（PCoA）展示了細菌和真菌群落結(jié)構(gòu)在不同時間點的變化。 圖1E-F反映了細菌和真菌的動態(tài)變化。
圖2 全株玉米青貯在空氣中暴露14 d的代謝組 圖2A展示了代謝物的聚類分析，顏色表示每個代謝物的積累水平，從低（綠色）到高（紅色）。 圖2B展示了代謝物的主成分分析，顯示了不同時間點樣本之間的差異。 圖2C展示了代謝物的K-means聚類分析，顏色表示代謝物在14天暴露期間的趨勢（綠色表示增加，紅色表示減少）。 圖2D展示了通過KEGG數(shù)據(jù)庫注釋的代謝物在不同代謝途徑中的分布，以及與青貯暴露前后的比較。 NCL精油的抗菌活性：NCL精油對從有氧惡化青貯中分離出的菌株（包括Candida glabrata和Niallia circulans）表現(xiàn)出強抗菌能力，其最低抑菌濃度（MIC）在0.624到10 μg/mL之間。通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，研究了NCL精油處理后Candida glabrata和Niallia circulans的基因表達變化。結(jié)果顯示，NCL精油可能通過影響這些菌株的能量和物質(zhì)代謝途徑來抑制其生長（圖3）。
圖3. NCL精油對變質(zhì)玉米青貯微生物菌種的影響。 圖3A展示了微生物群落與代謝物之間的相關(guān)性分析，揭示了微生物群落對代謝物的影響。 圖3B展示了NCL精油對分離菌株的最小抑菌濃度（MIC）。 圖3C-D展示了Niallia circulans和Candida glabrata在NCL精油處理前后的差異表達基因的火山圖。紅色和綠色點分別代表上調(diào)和下調(diào)的差異表達基因。 圖3E-F展示了Niallia circulans和Candida glabrata在NCL精油處理后，與KEGG途徑相關(guān)的基因表達變化。 NCL精油對青貯有氧穩(wěn)定性的影響：添加NCL精油可以提高全株玉米青貯的有氧穩(wěn)定性，通過防止酸度下降、溫度和pH值上升、酵母和霉菌計數(shù)增加，維持乳酸和乙酸含量（圖4，表2），以及降低Lysinibacillus、Bacillus、Paenibacillus、Clostridium、Aspergillus等菌屬的相對豐度，從而抑制了有氧惡化過程中的微生物活動（圖5）。通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)分析，研究還發(fā)現(xiàn)，NCL精油如何通過下調(diào)與代謝途徑相關(guān)的基因表達來抑制微生物的生長和代謝活動。
圖4. NCL精油對空氣暴露后玉米青貯的影響。
圖5. 全株玉米青貯暴露于空氣7天后微生物群落的相對豐度。
圖6. NCL精油處理后的玉米青貯在空氣中暴露7天后差異表達基因和差異積累代謝物的情況。 研究結(jié)論 關(guān)于易基因宏基因組學(xué)測序研究方案 由于擴增子測序技術(shù)關(guān)注的是目標(biāo)基因的若干區(qū)域，因此其分辨率有限，一般認為較為準(zhǔn)確的分類水平到屬級別。雖然擴增子測序也可以通過數(shù)據(jù)庫映射預(yù)測群落可能的功能網(wǎng)絡(luò)，但是微生物遺傳片段交流比較頻繁，功能基因的橫向轉(zhuǎn)移也較為普遍，依托于有限菌株建立的功能映射無法盡可能的還原群落的真實功能網(wǎng)絡(luò)。全宏基因組測序技術(shù)直接對提取的全宏基因組DNA建立隨機小片段文庫，能夠獲取更多的序列信息。通過組裝、ORFs預(yù)測與注釋，可以大大提高分類水平部分至菌株級別，并通過各種大型公共數(shù)據(jù)庫進行相應(yīng)功能注釋，盡可能真實的獲取群落功能網(wǎng)絡(luò)信息。高精度的分析結(jié)果也使相關(guān)動物驗證實驗更加具備可行性。 技術(shù)優(yōu)勢：
實驗策略：
分析流程：
樣本及周期：
易基因提供全面的微生物組學(xué)研究解決方案，詳詢易基因：0755-28317900.
參考文獻： Shuo, Wu & Peishan, Huang & Chao, Zhang & Wei, Zhou & Xiaoyang, Chen & Qing, Zhang. (2024). Novel strategy to understand the aerobic deterioration of corn silage and the influence of Neolamarckia cadamba essential oil by multi-omics analysis. Chemical Engineering Journal. 482. 148715. 10.1016/j.cej.2024.148715. 相關(guān)閱讀： 細菌微生物基因表達調(diào)控表觀研究方案 | 原核三代甲基化+轉(zhuǎn)錄組 項目文章 | 腸道菌群：早產(chǎn)兒出生后不同時間點腸道微生物定植的動態(tài)變化 IF14 項目文章 | 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)張志剛團隊：基于多組學(xué)分析噻蟲啉暴露對日本鵪鶉微生物-腸-肝軸的影響 |
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