膳食纖維（Dietary fiber, DF）是一類不能被內(nèi)源消化酶降解，而在后腸道被微生物利用的碳水化合物。王軍軍教授課題組長期從事豬腸道微生物代謝碳水化合物調(diào)控宿主健康的相關(guān)研究。前期研究發(fā)現(xiàn)，不同膳食纖維可以差異調(diào)控豬腸道微生物，并與豬腸道健康狀況相關(guān)。本研究以安裝有回腸瘺管的豬為動物模型，系統(tǒng)探究了不同腸段微生物對膳食纖維缺乏的時序性響應，比較了不同膳食纖維組分的回補效應，發(fā)現(xiàn)木聚糖可以通過選擇性促進假小鏈雙歧桿菌而緩解膳食纖維缺乏誘導的豬腸道紊亂。

首先，作者給裝有回腸瘺管的豬飼喂無纖維日糧7天、21天和35天，研究其腸道微生物對纖維缺乏的時序性響應規(guī)律，發(fā)現(xiàn)：膳食纖維缺乏可導致回腸和糞便微生物多樣性顯著下降，回腸和糞便中乳酸桿菌和雙歧桿菌滅絕，并伴隨著短鏈脂肪酸顯著下降。

基于這一結(jié)果，作者進一步通過在無纖維日糧中添加抗性淀粉、β-葡聚糖和木聚糖的方式探究不同纖維組分的回補效應，發(fā)現(xiàn)：相關(guān)纖維組分中，僅木聚糖可顯著改變微生物群體結(jié)構(gòu)，可選擇性地促進豬后腸道雙歧桿菌和布特勞氏菌的增殖，而抗性淀粉和β-葡聚糖則無此效應。

為進一步驗證木聚糖的調(diào)控機制，作者通過宏基因組測序發(fā)現(xiàn)：假小鏈雙歧桿菌是區(qū)分無膳食纖維組和木聚糖組的關(guān)鍵微生物，且其豐度與短鏈脂肪酸濃度顯著相關(guān)，木聚糖的添加主要是促進了假小鏈雙歧桿菌的增殖。進一步對宏基因組數(shù)據(jù)進行碳水化合物水解酶功能注釋發(fā)現(xiàn)：木聚糖可以重塑豬腸道微生物的碳水化合物水解酶譜，顯著富集木聚糖利用相關(guān)酶家族。在此基礎上，作者選擇假小鏈雙歧桿菌DSM 20438開展了體外驗證，發(fā)現(xiàn)木聚糖可以激活DSM 20438木聚糖酶的表達，并產(chǎn)生短鏈脂肪酸。

本研究以膳食纖維和腸道微生物互作為切入點，首次系統(tǒng)揭示了膳食纖維缺乏對豬腸道微生物組成和代謝的負面作用，并進一步發(fā)現(xiàn)木聚糖可以通過選擇性促進假小鏈雙歧桿菌及其短鏈脂肪酸產(chǎn)生，從而改善膳食纖維缺乏所誘導的腸道紊亂狀況，這一成果對于優(yōu)化豬日糧膳食纖維結(jié)構(gòu)、強化非常規(guī)飼料的開發(fā)利用、改善豬腸道健康狀況提供了新思路。

我校動物科技學院王軍軍教授為論文通訊作者， 2019級中荷農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展項目2+2博士生王振宇為論文第一作者。瓦赫寧根大學Walter J. J. Gerrits和Sonja de Vries在試驗設計與文章撰寫方面提供了大力支持。該工作獲得了國家自然科學基金、北京市自然科學基金、111創(chuàng)新引智基地、國家留學基金委創(chuàng)新型人才國際合作培養(yǎng)項目等項目的資助。