奶牛瘤胃尿素分解优势菌群及其代谢尿素的分子机理

基本信息
批准号:31430081
项目类别:重点项目
资助金额:328.00
负责人:王加启
学科分类:
依托单位:中国农业科学院北京畜牧兽医研究所
批准年份:2014
结题年份:2019
起止时间:2015-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:赵圣国,孙鹏,文芳,南雪梅,王芃芃,金迪,闵力,张俊
关键词:
瘤胃尿素分解菌尿素代谢通路脲酶元基因(转录)组
结项摘要

Urea is one of the major non-protein nitrogen feed for ruminants and the optimal utilization of urea in feed can alleviate to some extent the shortage of protein feed resources in China. Urea is hydrolysed quickly by ureolytic bacteria and urease in rumen. Since about 89% rumen microbe could not be pure-cultured, there is little information about active abundant ureolytic bacteria community, urease genes and mechanism of urea metabolism, which limits the regulation and application of urea in ruminant production. During our previous studies, we have isolated several ureolytic bacteria, revealed the primary diversity of ureolytic bacteria, and evaluated effects of urease antibody and inhibitors on urease activity in the rumen. In this project, rumen ureolytic bacteria diversity will be analyzed based on metagenomics, and the active abundant ureolytic bacteria community will be analyzed using metatranscriptomics. The abundant ureolytic bacteria or cells will be isolated using the method of in situ culturing and single cell sequencing, and the genomes of ureolytic bacteria will be annotated as well. Based on the construction for urease gene clusters, further functions of genes related to urea metabolism will be studied. The urease activation model and pathway of urea metabolism will be constructed based on the information of functional genes related to urea metabolism. Conduct of this project will help understand the microbial and molecular mechanism of rumen urea hydrolyzation, and further to provide the knowledge building pathways for urea hydrolyzation in rumen.

尿素是主要的非蛋白氮饲料,合理利用尿素可在一定程度上缓解我国蛋白质饲料资源短缺的现状。尿素在反刍动物瘤胃尿素分解菌的作用下快速分解,但是由于89%左右的瘤胃微生物难以分离培养,所以目前对瘤胃尿素分解菌代谢尿素的机理仍不清楚,限制了尿素在反刍动物生产中的应用。本项目在前期尿素分解菌分离与多样性初步探析、脲酶抗体和抑制剂研究的基础上,利用元基因(转录)组学方法,研究瘤胃尿素分解菌群落结构特征,解析具有代谢活性的尿素分解优势菌(群);通过瘤胃原位分离培养和单细胞分离测序的方法,对尿素分解优势菌进行分离培养;构建尿素分解菌脲酶基因簇,研究尿素代谢相关基因的功能;基于功能基因信息,阐明瘤胃脲酶活化模式,绘制尿素代谢的基因通路,寻找尿素代谢调控靶点。本项目的执行可揭示尿素在瘤胃分解的微生物和分子机理,为提高尿素营养利用率提供理论基础和调控途径。

项目摘要

尿素是主要的非蛋白氮饲料,合理利用尿素可在一定程度上缓解我国蛋白质饲料资源短缺的现状。尿素在反刍动物瘤胃尿素分解菌脲酶的作用下快速分解,但是由于多数瘤胃微生物难以分离培养,所以对瘤胃尿素分解菌代谢尿素机理不清限制了尿素在反刍动物生产中的应用。本项目利用高通量测序技术,阐明奶牛瘤胃代谢活跃的尿素分解菌群种类,揭示瘤胃尿素分解菌群多样性的生态位特征。获得瘤胃新尿素分解菌菌株完整基因组,揭示溶糊精琥珀酸弧菌Z6菌株代谢尿素的转录组机制。通过宏基因组测序分析,获得瘤胃尿素分解菌优势脲酶基因簇并阐明其结构蛋白的结构特征,构建脲酶活化和尿素代谢基因通路。揭示抗体和鹰嘴豆素抑制瘤胃脲酶活性的作用机制,构建脲酶调控新技术。本项目研究成果不仅为提高尿素利用率提供理论基础,而且填补了国际瘤胃微生物脲酶研究短板。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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