中国农业大学动科学院曹志军教授团队揭示奶牛“母子”模型中胃肠道抗性组的时空特征及其在奶业生产系统中的环境传播规律
2025/05/18
90近日，国际权威期刊《宏组学》（iMeta）在线发表了中国农业大学动物科学技术学院曹志军教授团队的研究论文《奶牛“母子”模型中胃肠道抗性组的时空特征及其在奶业生产系统中的环境传播》（Spatio-temporal characteristics of the gastrointestinal resistome in a cow-to-calf Model and its environmental dissemination in a dairy production system），首次揭示了我国奶业生产系统中抗性组的动态传播规律，发现奶牛胃肠道抗性组存在显著部位和地域差异；并建立了奶牛“母子”研究模型，揭示了奶业生产链中抗性组的跨代传递机制，阐明环境-母体-子代的三维传播网络；进一步在DNA/RNA层面明确多重耐药基因占主导地位，部分低丰度ARGs通过高转录活性产生显著生物学效应。该研究为制定基于微生物组调控的耐药性防控策略提供了理论依据。
近年来，微生物组和抗性组从母体到子代以及从动物到环境的传播已被广泛讨论。奶牛主要提供牛奶和肉类，但在奶业生产系统中，胃肠道（GIT）抗性组组装和微生物组的特征及传播趋势仍不明确。该研究对中国两省（136头奶牛和36头犊牛）的奶牛群体进行了GIT（瘤胃液和粪便）微生物组测序，确定了其抗性组谱特征及抗生素抗性基因（ARGs）在细菌中的分布，并利用多组学技术（16S rRNA测序、宏基因组和宏转录组）追踪了子代生命早期抗性组的时序动态。
该研究表征了奶牛GIT抗性组，其因肠道部位和地区而异。犊牛出生后前三天ARGs丰度达到峰值，肠杆菌科为优势微生物宿主。随着犊牛日龄增长，抗性组组成趋于稳定，ARGs总丰度逐渐降低。日粮和年龄共同影响碳水化合物活性酶（CAZymes）和ARGs谱。生态位（胎粪、初乳、土壤和废水）的抗性谱具有独特性，且与母体来源相似。移动遗传元件（MGEs）主要存在于土壤和废水中，是介导这些相互作用的重要媒介。多重耐药抗性基因在宏基因组和宏转录组水平上均是最主要的抗性形式。部分抗生素类别在RNA水平的比例高于DNA水平，表明低丰度基因群可通过高表达产生显著影响。本研究拓宽了我们对畜牧生产系统中ARGs传播的理解，为制定防控策略提供了基础。
中国农业大学为该论文的第一完成单位，动物科学技术学院博士后刘帅、在读博士生庄一民、陈天宇、高铎和博士后肖鉴鑫（现四川农业大学特聘副教授）为论文的共同第一作者，曹志军教授为论文的通讯作者。奶牛营养创新团队负责人李胜利教授对本研究给予了大力支持，该研究获得了国家自然科学金（No.32272902）、宁夏回族自治区重点研发重大项目（2024BBF01006）、十四五国家重点研发计划课题（2023YFD1300904）、国家乳业技术创新中心（2024-KFKT-026）和拼多多-中国农业大学科研基金（PC2023B02002）的资助。
曹志军教授是我校2115国家级创新团队“智能养殖与饲料高效利用”负责人，2015年首次提出奶牛母子一体化养殖理念与关键技术，牵头成立国际后备牛培育协作创新平台（International Calf and Heifer Organization），主办四届国际后备牛大会（2018，2020，2022，2024）。第一或通讯作者在农业、奶业与动物科学领域顶级期刊《奶业科学杂志》（Journal Dairy Science）发表文章16篇，多篇论文发表于《细胞代谢》（Cell Metabolism）、《宏组学》（iMeta）、《微生物组》（Microbiome）、《npj生物膜和微生物组》（npj Biofilms and Microbiomes）等国际知名期刊，2篇入选ESI高被引论文，4篇入选杂志亮点文章。主持制定国家标准《后备奶牛饲养技术规范（GB/T37116-2018）》，成果入选农业农村部主推技术4项，获教育部科技进步一等奖（2019，排名1）、神农中华农业科技奖优秀创新团队（2023，排名1）、国家科技进步二等奖（2014，排名5）等。2025年1月发布首个国际畜牧领域垂直大模型——孺子牛大模型-AI4DLLM，在国内外具有一定的影响力。
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