滇金丝猴胃肠道微生物宏基因组研究及纤维素分解酶类功能基因筛选

Rhinopithecus bieti is the first-class protected wild animal in China. It plays a special role in the development history of primates. Its unique way of live and its intestinal microbial community are the result of its living condition in the higher altitude. Since they intake various kinds of plants that contain rich cellulose, there may exist large potential gene resources of cellulolytic enzyme in their intestinal microbiota. This study focuses on the intestinal microbiota of Rhinopithecus bieti: firstly, on one hand, the technology of metagenome combined with the high-throughput sequencing way is applied to study the structure and function of the intestinal bacterial community of Rhinopithecus bieti, which may lay a foundation for the promotion of the preservation of wild animals, and for the utilization of potential intestinal microflora resources. On the other hand, this study is also significant for further understanding the evolution progress of microbiota in the gastrointestinal tract of human. Secondly, in studying the gene diversity of microbial cellulolytic enzyme in intestinal of Rhinopithecus bieti, this research can screen the functional gene of cellulolytic enzyme, which may lay another foundation for the following-up development of new industrial enzymes.

滇金丝猴是国家一级保护动物，在灵长类系统发展史上具有特殊地位，高海拔的生存环境造就了其独特的生存方式及特有的胃肠道微生物群落。此外，由于广泛摄食富含纤维素的各种植物并具有特殊的胃结构，其胃肠道中可能蕴涵着大量潜在的纤维素分解酶类基因资源。本项目以滇金丝猴胃肠道微生物为研究对象，拟用宏基因组技术结合高通量测序方法首先较为全面地研究滇金丝猴胃肠道微生物群落的结构组成与功能，为促进该珍稀野生动物的保护及其胃肠道微生物的利用奠定基础，并为进一步了解人类及其胃肠道微生物的进化提供理论依据；其次，研究滇金丝猴胃肠道微生物的纤维素分解酶类基因多样性，从中筛选潜在的纤维素分解酶类功能基因，为后续开发有工业应用价值的新型酶奠定基础。

滇金丝猴是国家一级保护动物，高海拔的生存环境造就了其独特的生存方式及特有的胃肠道微生物群落。广泛摄食富含纤维素的各种植物使其胃肠道中可能蕴涵着大量潜在的纤维素分解酶类基因资源。本项目采用宏基因组技术，对滇金丝猴胃肠道微生物进行了以下研究。.1. 通过宏基因组直接测序全面研究了滇金丝猴胃肠道微生物群落的结构组成：研究表明，与人类和其它动物相似，滇金丝猴胃肠道微生物中Bacteroidetes、Proteobacteria、Actinobacteria和Firmicutes占优势，然而其所占相对比例不同。与其它动物相比，滇金丝猴宏基因组比人类和其他动物含有更多纤维杆菌门和螺旋体门的细菌。古菌、真菌和病毒是滇金丝猴粪便微生物组的次要组成成分。.2. 对滇金丝猴、倭蜂猴、人、狗、鼠、鸡和牛的胃肠道微生物进行了比较宏基因组研究：系统发育水平的层次聚类表明，滇金丝猴样品与人、鸡、牛和倭蜂猴聚为一簇，但却和两只老鼠的宏基因组分开。代谢为基础的层次聚类表明，滇金丝猴、狗、鸡、人和倭蜂猴聚在一起，而与鼠、牛分开。.3. 对滇金丝猴胃肠道微生物的纤维素分解酶类基因多样性进行了研究：基于CAZymes的注释表明，滇金丝猴粪便微生物中存在着丰富、多样的碳水化合物活性酶家族。与人类、袋鼠、白蚁后肠和牛瘤胃宏基因组的GH家族进行比较和聚类分析，发现滇金丝猴与牛瘤胃宏基因组中的GH家族组成更接近。.4. 结合培养和免培养技术筛选获得多条纤维素降解酶类基因，对其中3条基因成功进行了异源表达、功能鉴定和酶学性质研究：结果表明滇金丝猴胃肠道微生物来源的纤维素降解酶具有较好的酶学特性，具有进一步应用的潜力。.上述研究结果丰富了目前有限的灵长类动物胃肠道微生物宏基因组研究，为人类与非人灵长类动物间的比较宏基因组分析以及人类与其微生物组进化的比较研究提供了框架；同时，为进一步挖掘滇金丝猴胃肠道微生物酶基因资源库，开发有工业应用价值的新型酶奠定了基础。