宏基因组学技术在瘤胃微生物研究中的应用研究进展

反刍动物瘤胃中存在大量微生物,这些瘤胃微生物(rumen microorganisms)是影响反刍动物健康和生产性能的关键因素。宏基因组学技术的发展为研究瘤胃微生物开辟了新的途径和方法。利用宏基因组学技术可研究瘤胃微生物的多样性、瘤胃微生物对宿主生理代谢的影响、瘤胃微生物和宿主的相互作用关系,并且还可以挖掘与代谢相关的新功能基因。笔者综述了宏基因组学技术发展背景,以及该技术在研究反刍动物瘤胃微生物方面的主要应用和不足,包括宿主及其生存环境对瘤胃微生物的影响、日粮中精粗比和饲料添加剂对瘤胃微生物的影响、瘤胃微生物中的抗生素耐药基因(antibiotic resistance genes, ARGs)、瘤胃微生物对反刍动物产奶性能的影响,并展望了宏基因组学技术在研究瘤胃微生物方面的应用前景,旨在为反刍动物瘤胃微生物的研究提供参考。     

RNA-Seq技术在瘤胃微生物研究中的应用进展

反刍动物瘤胃内多种多样的微生物组成一个复杂的微生态系统,它们在瘤胃内物质消化过程中发挥重要作用。RNA-Seq技术的出现为反刍动物瘤胃微生物的研究提供了前所未有的机遇。本文主要从新一代高通量测序技术出发,阐述RNA-Seq技术在瘤胃微生物代谢酶特性、瘤胃微生物的多样性、瘤胃微生物新功能基因方面的应用,以期为瘤胃微生物的研究提供参考。     

瘤胃微生物与宿主的互作及其对瘤胃上皮发育的影响

瘤胃上皮在挥发性脂肪酸的吸收和代谢中发挥着重要作用，但瘤胃上皮发育的机制尚不清楚。近年来研究报道，瘤胃微生物与宿主存在互作关系，瘤胃微生物可以通过与宿主的相互作用，在瘤胃上皮发育和代谢中发挥作用。然而，瘤胃微生物与宿主相互作用的调节机制在很大程度上是未知的。因此，本文总结了瘤胃微生物与宿主互作以及其促进瘤胃上皮发育的最新研究成果，以期从瘤胃微生物与宿主互作角度，分析瘤胃上皮发育机制，为进一步了解瘤胃上皮发育过程中瘤胃微生物与宿主之间的关系研究提供理论依据。     

瘤胃微生物移植在反刍动物生产中的应用及作用机制

反刍动物消化道菌群对其生长发育起着至关重要的作用，高效稳定的瘤胃微生物区系可保障宿主机体的营养物质消化率、免疫功能等。人们对反刍动物瘤胃微生物调控做了大量研究。瘤胃微生物移植作为瘤胃微生物调控手段之一，是将健康动物的瘤胃微生物及其代谢物移植至受体动物，以达到提高受体动物生产性能和健康状况等目的。本文从瘤胃微生物移植的方式和应用效果及目前发展状况出发，综述了瘤胃微生物移植对反刍动物生长发育和生产性能的影响，并分析了其可能的作用机制和影响因素，旨在为进一步研究提供理论依据。     

瘤胃微生物区系的影响因素及其调控措施

瘤胃中存在着大量微生物,这些微生物在反刍动物的消化过程中起着十分重要的作用。近年来研究发现瘤胃微生物区系受饲粮及外界环境等多种因素的影响,基于这些因素,通过调控瘤胃微生物区系可提高瘤胃对饲粮的利用率,促进生产性能的发挥。本文综述了瘤胃微生物区系的组成及影响因素,重点介绍了瘤胃微生物区系调控在养牛业中的应用,旨在为奶牛和肉牛研究中瘤胃微生物区系的调控提供参考。     

传统技术与现代分子生物学技术在瘤胃微生物多样性方面的研究进展

为了提高反刍动物利用瘤胃微生物的效率,微生物学家和动物营养学家都致力于瘤胃微生物的培养分离纯化和生理生化特性研究.但是由于瘤胃微生物大多是厌氧性的,很难培养成功,传统技术在瘤胃微生物的研究上受到很多限制.随着科学技术的进步,现代分子技术也开始逐渐渗透到瘤胃微生物的研究中来.文章将瘤胃微生物多样性研究的方法简要划分为纯培养技术,现代分子生物学技术和上述两种方法的联合使用,并重点阐述了不同方法的优缺点,展望了瘤胃微生物多样性研究方法的发展前景.     

瘤胃发育过程中微生物菌群和microRNA的调控作用

传统的藏羔羊生产方式因营养因素造成羔羊胃肠道发育迟缓、断奶过渡期长,影响了羔羊生产潜力发挥及断奶后的育肥。成年动物瘤胃已建立了十分成熟稳定的微生物生态系统,其瘤胃宿主与微生物菌群之间存在很强的特异性,外源性干预一旦停止,瘤胃微生物菌群结构和发酵谱又恢复到初始状态或干预前的状态。然而,新生或出生早期反刍动物瘤胃的发育为改变或干预瘤胃微生物生态系统提供了唯一的机会。因此,羔羊瘤胃的发育规律及瘤胃与瘤胃微生物和相关基因之间的关系成为当前反刍动物研究的热点。     

瘤胃微生物的分离、鉴定及定量分析技术

瘤胃微生物在反刍动物饲料营养物质消化中起着举足轻重的作用,瘤胃微生物的分离、鉴定及定量分析技术是研究瘤胃微生物生长及动态变化规律的重要手段.本文对瘤胃微生物的分离、鉴定及定量分析技术进行了简要综述,旨在为瘤胃微生物的研究提供参考.     

瘤胃微生物生态研究方法评述

瘤胃微生物生态研究方法主要经历了微生物纯培养、混合培养、微生物分子生物学技术[(从瘤胃中提取DNA,进行PCR-16S rDNA(rRNA)技术]、变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术),在不同程度上揭示了瘤胃微生物群落丰富的多样性和生态功能.但由于各种方法本身的局限性,限制了人类对瘤胃微生物的全面了解,现代生物技术和传统微生物研究方法的配合将为瘤胃微生物生态研究提供较好的前景.     

反刍动物瘤胃微生物的分离与鉴定研究进展

反刍动物瘤胃微生物在饲料消化中发挥重要的作用,瘤胃微生物的研究是目前反刍动物的一个研究热点,瘤胃微生物的分离与鉴定是研究的前提,本文对瘤胃微生物的分离与鉴定方法进行了综述,旨在为今后的瘤胃微生物研究提供技术支撑。     

早期营养干预对幼龄反刍动物瘤胃微生物区系发育的影响

正常稳定的瘤胃微生物区系是反刍动物瘤胃健康的重要指标,且在瘤胃结构形态发育、微生物定植模式、免疫功能调节及抵御外源致病因子侵袭等方面发挥着重要积极作用.最近研究表明,新生反刍动物瘤胃微生物组成相对单一,但随着早期瘤胃发育过程中不同微生物群落相继开始定植并占据不同的生态位,此时的营养干预可能会形成特定的微生物群落组合并产...     

牦牛瘤胃微生物研究进展

反刍动物瘤胃是消化过程中的重要器官,它可以分解植物的纤维供宿主利用,而牦牛相较于其他反刍动物而言,有更高的纤维利用率。到目前为止,人们利用分子生物技术对瘤胃微生物进行鉴别分析,已经有大量微生物的功能被发现,但绝大部分微生物的功能还未被确定。瘤胃微生物作为巨大的潜在资源,如果可以在牦牛瘤胃内调节甚至在不同家畜瘤胃内移植,将会推动我国畜牧行业的进步。为此,文章介绍了牦牛瘤胃微生物的种类及功能,并对瘤胃微生物的影响因素进行了详细阐述,以期为相关研究提供一定参考。     

尿液嘌呤衍生物法估测瘤胃微生物蛋白质产量及其评价

近年来,以尿液嘌呤衍生物为标记物估测流入十二指肠瘤胃微生物蛋白质产量的非损害(non-inva-sive)方法得到较快发展。该方法的依据是反刍动物尿液中嘌呤衍生物主要来源于瘤胃内微生物体嘌呤的降解,尿液嘌呤衍生物与瘤胃微生物产量成正比。该方法的主要优点是不需要瘘管动物,但对瘤胃微生物蛋白质产量的估测值较十二指肠嘌呤法和15N法估测值低。许多研究者提出了不同的估算公式,适用于牛或羊的估算公式是不同的。     

能量溢出与储备碳水化合物合成对瘤胃微生物生长效率影响的研究进展

瘤胃微生物将一些ATP用来维持代谢,剩余的ATP用来进行储备碳水化合物合成和能量溢出（进行无效循环并产热）,因此,瘤胃微生物蛋白质合成效率较低。瘤胃原虫贮存的碳水化合物占绝大部分。在一些细菌纯培养实验中发现有能量溢出,最近研究发现在混合瘤胃菌群中也能发生能量溢出。通过精确测定碳水化合物贮存和能量溢出的量,以及二者对微生物生长效率的影响,可以预测微生物蛋白质产量,制定提高瘤胃微生物蛋白质生产效率的措施。综述了瘤胃微生物能量溢出和糖原储备规律方面的研究进展,以期为估测微生物蛋白质合成量,提高饲料蛋白质利用效率提供参考。     

分子生物学技术的引入对拓展瘤胃微生态研究的作用

为了充分发挥瘤胃的发酵功能,研究人员一直致力于瘤胃微生态的研究。随着分子生物学技术的发展,研究瘤胃微生态学采用人工培养为基础的传统方法正在被以核酸为基础的分子生物学技术迅速取代。分子生物学技术对瘤胃微生态的研究可从微生物多样性、区系结构、功能几方面进行概括。本文将从上述几方面论述分子生物学技术在瘤胃微生态研究中的应用及最新研究进展。     

Rumen digestive physiology and microbial ecology

The rumen is a dynamic, continuous fermentation compartment that provides a suitable environment for a variety of species of anaerobic bacteria, protozoa, and fungi. These microorganisms have a complex series of interactions with the feeds supplied to the host, with some using particulate matter as both sources of nutrients and sites of sequestration to avoid being washed from the rumen by the rapid flow of fluids. Because of the ability to use soluble nutrients and to reproduce rapidly, other microbes associate primarily with the liquid phase of the rumen contents. Due to the metabolic activity of all microbial populations, feeds are converted to microbial matter and fermentation end products, which serve as nutrients for the ruminant. Optimum feed utilization by ruminants is dependent on achieving maximum rumen fermentation and flow of microbial protein to the duodenum. At this time, it is clear that the major nutrients required by the microbial populations include both fibrous and nonfibrous sources of carbohydrates and nitrogen in the form of ammonia, amino acids, and peptides. In spite of five decades of research, the exact quantities and sources of these nutrients that will result in optimum rumen fermentation rates and microbial yields are only partially known.     

瘤胃微生物宏组学分析及研究进展

瘤胃微生物在反刍动物饲粮消化和吸收中起着重要的作用,深入探索瘤胃微生物群落结构、代谢活动和功能作用,对反刍动物健康和促进饲草利用效率具有重要意义。相对传统瘤胃微生物纯培养方法,组学技术能够更加全面对瘤胃微生物种类、代谢途径、功能进行解释,宏组学联用为系统理解瘤胃微生物降解纤维物质分子机理提供新方式,并受到研究人员越来越多的关注。本文总结了宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白质组学与代谢组学在瘤胃微生物研究中的应用,并围绕宏组学技术联合应用进行综述,为反刍动物瘤胃微生物的研究提供理论支持。     

瘤胃微生物发酵的调控剂——精油

主要对精油的来源、提取方法、生物学作用与机制,以及其对瘤胃微生物发酵的调控作一介绍。同时指出精油是一种天然无污染的绿色添加剂,对瘤胃微生物的发酵具有很好的调控作用。在未来的研究中有必要选择不同的精油研究其对瘤胃微生物发酵的调控作用及作用机理,以期为生产新型的饲料添加剂提供更多的理论依据。     

Diversity Analysis of Rumen Microbes in Yunnan Gayals (Bos frontalis)

In order to study the rumen microbial diversity in Yunnan gayals (Bos frontalis), we analyzed the diversity of microbes using largely assembled sequence data obtained by metagenomic sequencing DNA isolated from rumen samples of eight adult galyals. The genome primary sequence (total metagenome size was >3 Gb) was assembled with short reads.Based on the gayal rumen microbial metagenomic sequencing, we received a total of 13 546 196 EGTs. Because of the relatively large amount, 10 387 566 EGTs (76.68% of all EGTs ) were randomly selected to analyze microbial communities by BLAST search of the NCBI-NR database. Microbial species annotations analysis revealed that microbial communities from gayals rumen were mainly composed of the bacterial domain, eukarya domain, archaea domain and unknown microbial composition. The majority microbes mainly belonged to ten phylums, and 94% EGTs belonged to Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria and Actinobacteria, of which the highest abundance phylums were Bacteroidete and Firmicutes, accounting for 48% and 42%, respectively. In addition, the main cellulolytic bacteria in rumen of gayals were Ruminococcus flavefacie, Butyrivibrio fibrisolvens, Ruminococcus albus and Fibrobacter succinogenes. They accounted for 1.60%, 1.20%, 0.86% and 0.52% of the total bacteria, respectively. These results further indicated that EGTs data could be used to analyze and explain environmental microbial community structure and function. There was great significance to study the composition of microorganisms in special environments.     

云南大额牛瘤胃微生物多样性分析

为研究云南大额牛瘤胃微生物多样性,本研究通过对大额牛瘤胃微生物宏基因组测序(总数据产出>3Gb)、分析、组装,共获得13546196个环境基因标签(EGTs)。在微生物分析时随机选用了10387566个EGTs(占总EGTs的76.68%)与NCBI的NR数据库进行BLAST比对,进行物种注释。结果显示,在分析的EGTs中,主要由细菌域、真核生物域、古生菌域及部分不能确定域归属的未知微生物构成,其中微生物主要属于10个门,94%的EGTs属于拟杆菌门、厚壁菌门、变形杆菌门和放线菌门,拟杆菌门和厚壁菌门丰度最高,分别占总细菌的48%和42%。大额牛瘤胃中主要的纤维降解细菌为黄化瘤胃球菌、溶纤维丁酸弧菌、白色瘤胃球菌和产琥珀酸丝状杆菌,分别占总细菌的1.60%、1.20%、0.86%和0.52%。本研究结果表明EGTs技术可用于分析环境微生物群落结构和解释微生物群落功能,对研究特殊环境中的微生物的构成具有重要意义。