反芻動(dòng)物全消化道氫代謝微生物基因集和基因組研究獲進(jìn)展

反芻動(dòng)物可利用植物纖維生產(chǎn)肉奶等高營養(yǎng)價(jià)值的食品，同時(shí)排放溫室氣體甲烷。長期以來，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。

中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)等聯(lián)合開展反芻動(dòng)物全消化道微生物組的結(jié)構(gòu)和功能研究?？蒲腥藛T選取奶牛、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。研究人員構(gòu)建出反芻動(dòng)物全消化道微生物基因集（非冗余基因＞154M），同時(shí)組裝超過10,000個(gè)非冗余的微生物基因組，且在種水平上鑒定出8,745個(gè)新基因組。這些新基因組拓展了反芻動(dòng)物全消化道微生物基因組資源，在分類學(xué)上大幅提升了對(duì)反芻動(dòng)物消化道微生物的分辨率。研究人員對(duì)組裝微生物基因組的氫酶分布進(jìn)行系統(tǒng)解析，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（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，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。

相關(guān)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Microbiome上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等的支持。