近日，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所畜禽健康養(yǎng)殖與農(nóng)牧復(fù)合生態(tài)研究中心譚支良研究員領(lǐng)銜的農(nóng)牧復(fù)合草食家畜健康高效養(yǎng)殖與生態(tài)服務(wù)研究團(tuán)隊(duì)在微生物學(xué)權(quán)威期刊Microbiome(一區(qū)TOP，IF=13.8)發(fā)表了題為Reductive acetogenesis is a dominant process in the ruminant hindgut的研究文章。該研究以山羊?yàn)檠芯繉ο?，?yīng)用轉(zhuǎn)錄組、擴(kuò)增子和宏基因組測序技術(shù)，結(jié)合體外驗(yàn)證試驗(yàn)，揭示了反芻動物后腸道盲腸低甲烷排放性狀的形成機(jī)制。
反芻動物是畜牧業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，也是最早被馴化用于生產(chǎn)的動物。它們擁有一套獨(dú)特的消化系統(tǒng)，通過依賴消化道內(nèi)的微生物降解植物性飼料產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸，從而為動物提供基本的能量來源，同時也是農(nóng)業(yè)活動最大的甲烷排放源。反芻動物消化道由多個胃室（如瘤胃）和后腸（如盲腸）組成。盡管瘤胃和盲腸都是以厭氧發(fā)酵為主，超過90%的甲烷是在瘤胃中產(chǎn)生。盲腸具有低甲烷排放的典型特征，但其微生物組成和代謝功能尚不明晰。
本研究系統(tǒng)性地比較了瘤胃和盲腸微生物的組成、代謝功能和活性（圖1）。瘤胃富集了以Prevoltella，Ruminococcus和Butyrivbrio為代表的微生物，提高了纖維降解和丙酸生成能力，促進(jìn)了甲烷菌增殖和甲烷生成。同時瘤胃中溶解氫濃度較低，這可能由于氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌、富馬酸鹽還原菌（Succiniciasticum）、硝酸鹽還原菌（Desulfovibrio）對氫氣消耗的增強(qiáng)。盲腸富集了以Akkermansia，Alistipes和Faecousia為代表的粘蛋白降解菌，增強(qiáng)了微生物對宿主來源糖類的利用能力，并促進(jìn)了乙酸生成。此外，盲腸中還富集了發(fā)酵產(chǎn)氫細(xì)菌和以HGM1287為代表的甲酸依賴型同型產(chǎn)乙酸菌新譜系。比較基因組發(fā)現(xiàn)盲腸中富集到的同型產(chǎn)乙酸菌在系統(tǒng)發(fā)育和功能上與瘤胃中的菌群存在顯著差異。通過對不同反芻動物物種的瘤胃和盲腸比較，進(jìn)一步證實(shí)了同型產(chǎn)乙酸是反芻動物后腸道微生物的重要代謝過程。因此，同型產(chǎn)乙酸成為盲腸低甲烷排放和氫能高效利用的關(guān)鍵微生物種群。
此研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等項(xiàng)目的支持，亞熱帶生態(tài)所博士生李秋爽和2021級碩士霍家斌為本論文共同第一作者，王敏研究員為通訊作者。
反芻動物瘤胃和盲腸微生物的碳水化合物和氫代謝途徑示意圖