反芻動(dòng)物可利用植物纖維生產(chǎn)肉奶等高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的食品，同時(shí)排放溫室氣體甲烷。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家重點(diǎn)關(guān)注反芻動(dòng)物瘤胃微生物的菌群組成和功能，而全消化道微生物對(duì)飼料利用效率、甲烷生成和宿主健康的功能解析尚未完成。
為此，中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位聯(lián)合開(kāi)展反芻動(dòng)物全消化道微生物組的結(jié)構(gòu)和功能研究。選取了奶牛、水牛、牦牛、山羊、綿羊、狍子和獐子7種代表性反芻動(dòng)物，采集了瘤胃、小腸等全消化道10個(gè)區(qū)段的食糜樣品共370個(gè)樣品。項(xiàng)目首次構(gòu)建了反芻動(dòng)物全消化道微生物基因集（非冗余基因>154M），同時(shí)組裝了超過(guò)10,000個(gè)非冗余的微生物基因組，且在種水平上鑒定出了8,745個(gè)新基因組。這些新基因組極大的拓展了反芻動(dòng)物全消化道微生物基因組資源，在分類(lèi)學(xué)上大幅提升了對(duì)反芻動(dòng)物消化道微生物的分辨率。同時(shí)，我們對(duì)組裝微生物基因組的氫酶分布進(jìn)行系統(tǒng)解析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，反芻動(dòng)物全消化道約60%微生物基因組編碼氫酶基因，具有代謝氫的能力。這些微生物分布在24個(gè)門(mén)（主要是Firmicutes和Bacteroidetes），72個(gè)目（主要是Bacteroidales和Oscillospirales），304個(gè)屬（主要是Prevotella）中。其中，約50%微生物基因組能通過(guò)發(fā)酵途徑產(chǎn)生氫分子（主要是Firmicutes），有95個(gè)甲烷菌基因組能利用氫生成甲烷，其他消耗氫微生物有352個(gè)。該研究首次構(gòu)建了反芻動(dòng)物氫代謝微生物基因組數(shù)據(jù)庫(kù)，證實(shí)了全消化道微生物具有廣泛代謝氫的能力，這將為提高飼料利用效率和減少甲烷排放提供科技支撐。
該研究成果以An integrated gene catalog and over 10,000 metagenome-assembled genomes from the gastrointestinal microbiome of ruminants為題發(fā)表在微生物學(xué)權(quán)威期刊Microbiome。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院毛勝勇教授、吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院李志鵬教授、西北工業(yè)大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院邱強(qiáng)教授、亞熱帶生態(tài)所王敏研究員為本論文共同通信作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
反芻動(dòng)物全消化道微生物基因集和基因組分布
反芻動(dòng)物全消化道微生物基因組氫酶和還原酶分布