文獻(xiàn)信息：
文獻(xiàn)：Cultivation and sequencing of rumen microbiome members from the Hungate1000 Collection
中文：Hungate1000瘤胃微生物組成員的培養(yǎng)和測(cè)序
單位：美國(guó)加利福尼亞州能源部聯(lián)合基因組研究所，新西蘭農(nóng)業(yè)研究中心草原研究中心
雜志：NATURE BIOTECHNOLOGY
時(shí)間：2018
Hungate1000項(xiàng)目生成了410個(gè)在羊和牛瘤胃中發(fā)現(xiàn)的微生物基因組序列的參考集（當(dāng)時(shí)最大規(guī)模的靶向培養(yǎng)和測(cè)序項(xiàng)目之一）。這項(xiàng)研究涉及了來(lái)自9個(gè)國(guó)家14個(gè)研究機(jī)構(gòu)的近60名科學(xué)家，那時(shí)已產(chǎn)生的瘤胃微生物基因組數(shù)量達(dá)到501個(gè)。在這個(gè)項(xiàng)目開(kāi)始之前，科學(xué)界只有15個(gè)瘤胃微生物基因組可用（science 2011）。
參考：http://www.rmgnetwork.org/hungate1000.html
參考：Nature Biotechnology最新公布410個(gè)基因組
參考：Metagenomic Discovery of Biomass-Degrading Genes and Genomes from Cow Rumen. Science 2011
摘要：
反芻家畜的生產(chǎn)力取決于瘤胃微生物群，它們將難以消化的植物多糖發(fā)酵成生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。了解瘤胃微生物群的功能對(duì)于減少反芻動(dòng)物產(chǎn)生的溫室氣體和利用木質(zhì)纖維素開(kāi)發(fā)生物燃料都很重要。我們提出了410種培養(yǎng)的細(xì)菌和古菌，以及它們的參考基因組，代表了每一個(gè)培養(yǎng)的瘤胃相關(guān)的古菌和細(xì)菌科。我們?cè)u(píng)估多糖降解，短鏈脂肪酸生產(chǎn)和產(chǎn)甲烷途徑，并指定特定分類單元的功能。在可用瘤胃宏基因組數(shù)據(jù)集中，共有336個(gè)微生物存在，而在人腸道微生物組數(shù)據(jù)集中，共有134個(gè)微生物存在。與人體微生物組比較發(fā)現(xiàn)，編碼維生素B12從頭合成的基因在瘤胃特異性富集，由于環(huán)境脅迫標(biāo)記的代表性不足，瘤胃微生物組的基因丟失和潛在的垂直遺傳正在進(jìn)行進(jìn)化。我們估計(jì)我們的Hungate基因組資源代表了瘤胃中存在的約75%的屬級(jí)細(xì)菌和古菌群。
1 Hungate 1000 collection
2 與公共數(shù)據(jù)、RDP數(shù)據(jù)庫(kù)的比對(duì)比較
來(lái)自全球瘤胃普查(Global Rumen Census)的微生物群落組成數(shù)據(jù)與來(lái)自501 Hungate目錄基因組的16S rRNA基因序列(黃點(diǎn))重疊。大量但目前尚未分類的兩組細(xì)菌用藍(lán)色(擬桿菌門(mén)，RC-9腸道組)和橙色(梭菌門(mén)，R-7腸道組)點(diǎn)表示。樹(shù)周圍的彩色圓環(huán)代表核糖體數(shù)據(jù)庫(kù)(Ribosomal Database Project database)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)中每個(gè)OTU的分類(從內(nèi)到外):屬、科、目、綱、門(mén)。顏色的強(qiáng)度指示了OTU與該分類水平的RDP數(shù)據(jù)庫(kù)中序列的相似性百分比。
3 GH PL編碼基因數(shù)與家族數(shù)成正比
501 Hungate目錄基因組中每個(gè)不同家族中降解CAZymes (GH、糖苷水解酶和PL、多糖裂解酶)的數(shù)量?；蚪M按門(mén)上色。
4 腸道菌分解植物多糖途徑
大多數(shù)關(guān)于瘤胃微生物發(fā)酵途徑的已知信息來(lái)自最終產(chǎn)物通量的測(cè)量，或者來(lái)自體外微生物純培養(yǎng)或混合培養(yǎng)，以及基于非瘤胃微生物中存在的參考代謝途徑。具體物種對(duì)某一個(gè)途徑，或他們?cè)隗w內(nèi)對(duì)最終產(chǎn)物形成的貢獻(xiàn)，是poorly characterized。挖掘已測(cè)序物種的功能潛力, 我們利用自己的細(xì)菌基因組信息結(jié)合已發(fā)表文獻(xiàn)以底物利用和發(fā)酵產(chǎn)物為基礎(chǔ)分析細(xì)菌新陳代謝 (補(bǔ)充表5)。(圖2 b)中展示了最豐富的細(xì)菌和古細(xì)菌群體在瘤胃中發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)的存在于至少一個(gè),或多個(gè)細(xì)菌中的主要代謝通路和策略; 結(jié)果，我們現(xiàn)在對(duì)這些群體編碼的通路有了更好的理解。該分析還首次提供了大量但沒(méi)有特征的擬桿菌目和梭菌目成員對(duì)瘤胃發(fā)酵的貢獻(xiàn)。這一代謝方案為研究這些生物的基因功能和設(shè)計(jì)瘤胃發(fā)酵策略提供了一個(gè)框架。
利用代謝研究和參考基因組分析獲得的信息，通過(guò)全球瘤胃普查項(xiàng)目[22]確定的優(yōu)勢(shì)菌群和古菌群，展示了植物結(jié)構(gòu)碳水化合物的降解和代謝。表中顯示的豐度和流行度數(shù)據(jù)來(lái)自全球瘤胃普查項(xiàng)目[22]。豐度表示該屬水平組在包含該屬水平組的樣本中的平均相對(duì)豐度(%)，而盛行率表示該屬水平組在所有樣本中的盛行率(n = 684)。膽堿轉(zhuǎn)化為三甲胺和丙二醇轉(zhuǎn)化為丙酸會(huì)產(chǎn)生細(xì)菌微室(BMC)內(nèi)的有毒中間體。
腸道菌的“秘密武器”——短鏈脂肪酸
5 top8菌中多糖降解CAZymes的數(shù)量
來(lái)自八個(gè)最豐富的細(xì)菌群體的代表基因組中編碼的多糖降解的CAZymes的數(shù)量。纖維素: GH5、GH9、GH44、GH45、GH48; 果膠: GH28, PL1, PL9, PL10, PL11, CE8, CE12; 木聚糖: GH8、GH10、GH11、GH43、GH51、GH67、GH115、GH120、GH127、CE1、CE2。
6 丁酸弧菌烯醇化酶基因的調(diào)查
一些瘤胃細(xì)菌的一個(gè)奇怪的特征是缺少一種可識(shí)別的烯醇化酶，這是糖酵解的倒數(shù)第二個(gè)酶步驟，在生命的所有領(lǐng)域中都是保守的。
丁酸弧菌烯醇化酶基因的調(diào)查?；贖ungate收集的所有丁酸弧菌菌株基因組中56個(gè)保守標(biāo)記蛋白串聯(lián)比對(duì)的最大似然樹(shù)。缺少可檢測(cè)到的烯醇化酶基因的菌株用淡粉色陰影表示，而那些烯醇化酶被截?cái)嗟木暧玫仙幱氨硎?。沒(méi)有陰影的菌株具有完整的烯醇化酶。
7 評(píng)估Hungate catalog對(duì)宏基因組分析的貢獻(xiàn)
宏基因組蛋白的Hungate目錄基因組招募?；?6S rDNA基因比對(duì)的瘤胃菌株最大似然樹(shù)。樹(shù)枝是根據(jù)門(mén)進(jìn)行顏色編碼的。利用iTOL繪制多元柱狀圖，描繪每個(gè)生態(tài)系統(tǒng)分類中宏基因組樣本對(duì)這些細(xì)菌CDS的平均覆蓋度。
8 牛瘤胃與人腸道的pfam風(fēng)度比較
瘤胃與人類腸道分離菌間差異豐富的Pfams。X軸為metastats得到的差異pfam，q值< 0.001。Y軸為每個(gè)群體(瘤胃或腸道)的平均計(jì)數(shù)差的log2倍。OPPP, 氧化戊糖磷酸途徑。
參考及更多：
NBT：牛瘤胃微生物組的參考基因組集
Compendium of 4,941 rumen metagenome-assembled genomes for rumen microbiome biology and enzyme discovery. Nature Biotechnology 2019
