大额牛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

大额牛是我国稀有的一种半野生半家养珍贵畜种，我国主要分布在西藏和云南省西部高黎贡山的独龙江、怒江流域。其胃肠道中存在的微生物群落是长期进化的结果，与动物的食性、机体免疫、营养需求等有密切关系。由于大额牛广泛摄食富含纤维素的各种植物，因此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。本项目以大额牛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大额牛胃肠道微生物群落的结构组成，分析其微生物的遗传多样性，为进一步探索瘤胃微生物降解木质纤维素过程中的相互协作关系，促进该珍贵畜种及其胃肠道微生物的利用奠定基础；其次，研究大额牛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，以进一步挖掘大额牛胃肠道微生物酶基因资源库，为后续开发有工业应用价值的新型酶、探索大额牛胃肠道微生物新基因的研究和利用奠定基础。

大额牛是我国稀有的一种半野生半家养珍贵畜种，主要分布在西藏和云南省西部高黎贡山的独龙江、怒江流域。由于大额牛广泛摄食富含纤维素的各种植物，因此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。本项目以大额牛胃肠道微生物为研究对象，用宏基因组技术结合高通量测序方法较为全面地研究大额牛胃肠道微生物群落的结构组成，分析其微生物的遗传多样性及纤维素分解酶类基因多样性。目前取得了如下重要成果：.1、成功构建1个大额牛肠胃宏基因组Fosmid文库，插入片段大小在35kb-40kb之间，文库送检库容达到2万克隆，并进行了测序和与纤维素降解相关酶基因克隆与表达。.2、完成大额牛D645胃（胃1、胃2、胃3）、肠道（小肠、大肠）和粪便共3组待测序样品的制备、胶回收、基因组DNA的精制及含量检测，完成用Illumina HiSeq 2000高通量测序，通过测序获得的数据量分别为：①大额牛瘤胃微生物宏基因组4.85Gbp；②大额牛肠道微生物宏基因组5.67Gbp；③大额牛粪便微生物宏基因组9.75Gbp；④大额牛胃肠道和粪便微生物宏基因组Fosmid质粒文库。现正在进行数据分析，其中粪便样品已完成数据分析。.3、基于高通量测序宏基因组学方法对大额牛粪便细菌多样性进行了研究。结果表明：大额牛的粪便中提取的肠道细菌的种类十分丰富。所得的粪便细菌分布于厚壁菌门(Firmicutes)等共19 个细菌门。其中厚壁菌门是大额牛粪便中可鉴定菌中的优势菌群。大额牛粪便微生物中古菌分布于初古菌门(Korarchaeota)等 共4 个古菌门。广古菌门占有92.35% 的比例。大额牛粪便微生物中真菌分布于子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)。大额牛粪便包含有双链DNA 病毒、单链DNA 病毒、不同类型的噬菌体和亚病毒因子等。.4、从大额牛粪便获得了编码各种与纤维素等生物质降解酶类有关功能基因。其中纤维素酶基因147 个，编码内切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。存在666个半纤维素酶基因，包括木聚糖酶基因14 个，甘露聚糖酶基因10个，阿拉伯呋喃糖苷酶基因11 个，甘露糖苷酶106 个，半乳糖苷酶基因187 个，几丁质酶基因15 个，α-葡萄糖苷酶基因48 个，纤维二糖磷酸化酶基因91 个，β-葡聚糖酶基因27个等。反映大额牛肠道确实蕴含丰富的纤维素酶和半纤维素酶基因资源。