凌恩客户文章|《Microbiome》：宏基因组构建反刍动物全消化道超1万个MAGs新进展

凌恩生物客户最新合作文章“An integrated gene catalog and over 10,000 metagenome-assembled genomes from the gastrointestinal microbiome of ruminant”（DOI: 10.1186/s40168-021-01078-x）发表在微生物学权威1区期刊Microbiome（IF=14.650）。南京农业大学动物科技学院毛胜勇教授、吉林农业大学动物科学技术学院李志鹏教授、西北工业大学生态与环境学院邱强教授、亚热带生态所王敏研究员为本论文共同通信作者。

反刍动物可利用植物纤维生产肉奶等高营养价值的食品，其胃肠道（GIT）微生物组在宿主健康和动物生产中起着重要作用。长期以来，科学家重点关注反刍动物瘤胃微生物的菌群组成和功能，而缺乏对全消化道微生物在饲料利用效率、甲烷生成和宿主健康的功能解析方面的综合理解。

本文选取了奶牛、水牛、牦牛、山羊、绵羊、狍子和獐子7种代表性反刍动物，采集了瘤胃、网状组织、重瓣胃、皱胃、十二指肠、空肠、回肠、盲肠、结肠、直肠的全消化道10个区段的食糜样品共370个样品。研究构建了154M的反刍动物胃肠道基因集（RGMGC），反刍动物的alpha和beta多样性衡量微生物群落，在基因分类和功能水平上都比单胃动物更复杂，草食动物比杂食动物具有更高的细菌多样性和丰富度。反刍动物胃肠道的微生物群主要在分类学和功能水平上分为三个不同的胃肠道隔室组（胃、小肠和大肠）。

图1 反刍动物的胃肠道（GIT）基因集

图2 反刍动物GIT微生物功能和分类

图3 反刍动物GIT微生物组的特定功能特征

研究首次构建了反刍动物全消化道微生物基因集（非冗余基因>154M），同时组装了超过10,000个非冗余的微生物基因组，且在种水平上鉴定出了8,745个新基因组。跨GIT区域的综合基因集证明了微生物组和反刍动物生理适应之间的空间关联，8,745个新表征的基因组大大扩展了反刍动物尤其是来自下肠道的微生物群的基因组资源。

 图4 反刍动物GIT微生物相互作用网络图 

图5 新物种具有不同的功能分类

反刍动物全消化道约有60%微生物基因组编码氢酶基因，具有代谢氢的能力。这些微生物分布在24个门（主要是Firmicutes和Bacteroidetes），72个目（主要是Bacteroidales和Oscillospirales），304个属（主要是Prevotella）中。其中，约50%微生物基因组能通过发酵途径产生氢分子（主要是Firmicutes），有95个甲烷菌基因组能利用氢生成甲烷，其他消耗氢微生物有352个。

图6 Methanomassiliicoccales目的系统发育树和FE富集的基因组分析

本次研究大大扩展了先前已知的反刍动物内源微生物多样性和GIT微生物组的分类分类率。这些候选物种编码数百种酶和新的生物合成基因簇，提高了我们对反刍动物甲烷产量和饲料效率的理解。

参考文献

An integrated gene catalog and over 10,000 metagenome-assembled genomes from the gastrointestinal microbiome of ruminants. Microbiome, 2021.

DOI: 10.1186/s40168-021-01078-x