反芻動物全消化道氫代謝微生物基因集和基因組研究取得新進展
反芻動物可利用植物纖維生產肉奶等高營養價值的食品，同時排放溫室氣體甲烷。長期以來，科學家重點關注反芻動物瘤胃微生物的菌群組成和功能，而全消化道微生物對飼料利用效率、甲烷生成和宿主健康的功能解析尚未完成。
為此，中國科學院亞熱帶農業生態研究所、南京農業大學等單位聯合開展反芻動物全消化道微生物組的結構和功能研究。項目選取了奶牛、水牛、牦牛、山羊、綿羊、狍子和獐子7種代表性反芻動物，采集了瘤胃、小腸等全消化道10個區段的食糜樣品共370個樣品。該研究首次構建了反芻動物全消化道微生物基因集（非冗余基因>154M），同時組裝了超過10,000個非冗余的微生物基因組，且在種水平上鑒定出了8,745個新基因組。這些新基因組極大的拓展了反芻動物全消化道微生物基因組資源，在分類學上大幅提升了對反芻動物消化道微生物的分辨率。同時，該研究對組裝微生物基因組的氫酶分布進行系統解析。結果發現，反芻動物全消化道約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個門（主要是Firmicutes和Bacteroidetes），72個目（主要是Bacteroidales和Oscillospirales），304個屬（主要是Prevotella）中。其中，約50%微生物基因組能通過發酵途徑產生氫分子（主要是Firmicutes），有95個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。該研究首次構建了反芻動物氫代謝微生物基因組數據庫，同證實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為題發表在微生物學權威期刊Microbiome。南京農業大學動物科技學院毛勝勇教授、吉林農業大學動物科學技術學院李志鵬教授、西北工業大學生態與環境學院邱強教授、亞熱帶生態所王敏研究員為本論文共同通信作者。該研究得到了國家自然科學基金等項目的支持。
反芻動物全消化道微生物基因集和基因組分布
反芻動物全消化道微生物基因組氫酶和還原酶分布
