近日，我院肉牛遗传改良与种质创新团队昝林森教授课题组在国际知名期刊《Microbiome》在线发表题为“Rumen microbiota–host interactions regulate intramuscular fat deposition in cattle via the alpha‑linolenic acid–fatty acid β‑oxidation/L‑carnitine–MPO axis”的研究论文。该研究通过整合多组学技术与体外细胞实验，系统阐明了瘤胃微生物与宿主基因协同调控肉牛肌内脂肪沉积的分子机制，为定向改良牛肉品质提供了全新的理论依据和技术路径。

肌内脂肪（IMF）含量是决定牛肉大理石花纹、嫩度和风味的核心指标，直接影响牛肉的市场价值。我国地方黄牛品种以耐粗饲、抗逆性强、肉质细嫩而著称，但瘤胃微生物－宿主互作在肌内脂肪沉积中的协同作用及潜在分子机制未被解析。针对这一关键科学问题，研究团队以地方牛品种郏县红牛为研究对象，构建 “宏基因组+代谢组+ 转录组+蛋白质组” 的多组学研究体系，结合体外细胞验证，开展了系统性研究（图1）。

图1 研究思路框架图

研究团队通过非靶向代谢组学分析发现，瘤胃液中的 α-亚麻酸是影响肌内脂肪积累的关键代谢物。进一步筛选出 Cnuella、Gaetbulibacter、Moheibacter 和 Lacibacter 四个核心菌属，它们与 α-亚麻酸呈显著正相关，在塑造利于脂肪沉积的代谢环境中发挥核心作用。 KEGG pathway 分析显示，高肌内脂肪组中脂肪酸 β-氧化通路被显著抑制，减少了脂肪酸分解，为脂肪积累创造了条件。在背最长肌组织代谢组学检测发现高肌内脂肪组的 N,N,N - 三甲基赖氨酸、L-肉碱和甜菜碱含量显著降低，这些代谢物与上述四个菌属呈负相关，且通过与 ACSS1、ACSF2 和 MPO 等蛋白质相互作用调控脂肪形成；而α-亚麻酸的下游代谢产物（如磷脂酰乙醇胺烯基 16:0-20:0、16:0-20:5、16:0-22:5、20:0-22:6）在高肌内脂肪组背最长肌中富集（图2）。

在此基础上，采用随机森林等机器学习方法对多组学中筛选出的关键微生物、代谢物及宿主基因进行了综合评估，系统量化了各因子对肌内脂肪表型的贡献度。结果表明，Moheibacter、Gaetbulibacter、Cnuella、Lacibacter、L-肉碱、N,N,N-三甲基赖氨酸、α-亚麻酸、甜菜碱及 MPO 等共同构成了调控肌内脂肪沉积的关键因子群，其中 Moheibacter的重要性位居前列，L－肉碱亦呈较高贡献，说明了特定瘤胃菌群及脂肪酸β-氧化/L-肉碱代谢轴在肌内脂肪形成中的核心作用。体外细胞实验进一步证实，过表达 MPO 基因可显著增强脂肪细胞脂质生成，而 L-肉碱和甜菜碱能通过抑制 MPO 基因表达，间接调控这一过程。

图2 代谢物富集分析（MSEA）及α-亚麻酸的下游代谢产物分析

研究团队最终构建了“瘤胃微生物—α-亚麻酸—脂肪酸β-氧化/L-肉碱—MPO”调控轴，揭示了微生物与宿主通过正负反馈机制协同调控肌内脂肪沉积的复杂网络。该调控轴中，瘤胃微生物通过促进 α-亚麻酸生成与转运，宿主则通过调控脂肪酸氧化通路和关键基因表达，共同实现肌内脂肪的精准调控。研究结果为深入理解肉牛肌内脂肪沉积的微生物—宿主互作机制提供了全新视角，为通过营养调控、微生物干预及分子育种等手段提升牛肉品质提供了重要理论依据和关键靶标，对我国自主培育高品质肉牛品种具有重要意义。

学院2022级硕士研究生张文涛（已毕业）、王苗力（已毕业），2024级硕士研究生刘晨阳为本论文的共同第一作者，成功副研究员为通讯作者，昝林森教授、王洪宝教授等参与了该项工作。本研究工作得到了陕西畜禽育种“两链融合”重点项目（2022GD-TSLD-46-0102）、陕西省重点研发计划关键核心技术攻关项目（2024NC2-GJHX-20）和陕西省自然科学基础研究计划（2024JC-YBMS-154）的资助。

原文链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s40168-025-02252-1