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。
中國科學院亞熱帶農業生態研究所、南京農業大學等聯合開展反芻動物全消化道微生物組的結構和功能研究。科研人員選取奶牛、水牛、犛牛、山羊、綿羊、狍子和獐子7種代表性反芻動物，採集了瘤胃、小腸等全消化道10個區段的食糜樣品共370個樣品。研究人員構建出反芻動物全消化道微生物基因集（非冗餘基因>154M），同時組裝超過10,000個非冗餘的微生物基因組，且在種水平上鑑定出8,745個新基因組。這些新基因組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解析度。研究人員對組裝微生物基因組的氫酶分佈進行系統解析，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。這些微生物分佈在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%微生物基因組能透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資料庫，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。
相關研究成果以An integrated gene catalog and over 10,000 metagenome-assembled genomes from the gastrointestinal microbiome of ruminants為題，發表Microbiome上。研究工作得到國家自然科學基金等的支援。
反芻動物全消化道微生物基因集和基因組分佈
反芻動物全消化道微生物基因組氫酶和還原酶分佈
來源：中國科學院亞熱帶農業生態研究所
