近日，中國科學院亞熱帶農業生態研究所畜禽健康養殖與農牧復合生態研究中心譚支良研究員領銜的農牧復合草食家畜健康高效養殖與生態服務研究團隊在微生物學權威期刊Microbiome(一區TOP，IF=13.8)發表了題為Reductive acetogenesis is a dominant process in the ruminant hindgut的研究文章。該研究以山羊為研究對象，應用轉錄組、擴增子和宏基因組測序技術，結合體外驗證試驗，揭示了反芻動物后腸道盲腸低甲烷排放性狀的形成機制。
反芻動物是畜牧業的支柱產業，也是最早被馴化用于生產的動物。它們擁有一套獨特的消化系統，通過依賴消化道內的微生物降解植物性飼料產生揮發性脂肪酸，從而為動物提供基本的能量來源，同時也是農業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酵為主，超過90%的甲烷是在瘤胃中產生。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，這可能由于氫營養型產甲烷菌、富馬酸鹽還原菌（Succiniciasticum）、硝酸鹽還原菌（Desulfovibrio）對氫氣消耗的增強。盲腸富集了以Akkermansia，Alistipes和Faecousia為代表的粘蛋白降解菌，增強了微生物對宿主來源糖類的利用能力，并促進了乙酸生成。此外，盲腸中還富集了發酵產氫細菌和以HGM1287為代表的甲酸依賴型同型產乙酸菌新譜系。比較基因組發現盲腸中富集到的同型產乙酸菌在系統發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，進一步證實了同型產乙酸是反芻動物后腸道微生物的重要代謝過程。因此，同型產乙酸成為盲腸低甲烷排放和氫能高效利用的關鍵微生物種群。
此研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃等項目的支持，亞熱帶生態所博士生李秋爽和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
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