Nature Communications:黄路生院士团队提供规模最为宏大的猪肠道微生物基因组目录

驯养的猪提供了人类食用的大部分肉,并且还充当了生物医学研究的动物模型。猪的胃肠道中有数万亿细菌,它们在宿主的新陈代谢,免疫力甚至行为中起着至关重要的作用。但是,大多数猪肠道微生物的测序基因组和功能信息的可用性仍然有限。

2021年2月17日,江西农业大学黄路生及陈从英共同通讯在Nature Communications在线发表题为“Expanded catalog of microbial genes and metagenome-assembled genomes from the pig gut microbiome”的研究论文,该研究对猪肠道微生物组进行了宏观调查,通过深度宏基因组测序跨越了广泛的样本来源,形成了名为猪整合基因目录(PIGC)的扩展基因目录,其中包含来自787个肠道元基因组的17,237,052个完整基因,它们以90%的蛋白质同一性聚类, 其中28%是未知蛋白质。

使用分箱分析,总共回收了6339个MAG,它们被聚集成2673个物种级基因组仓(SGB),其中超过86%(2309)在当前数据库中没有可用的基因组序列(未知SGB,uSGB)。使用当前的基因目录和MAG,该研究确定了野猪和商业Duroc猪肠道微生物组之间的几个菌株水平差异。PIGC和MAGs为猪肠道微生物组相关研究提供了扩展的资源。

驯养的猪提供了人类食用的大部分肉,并且还充当了生物医学研究的动物模型。猪的胃肠道中有数万亿细菌,它们在宿主的新陈代谢,免疫力甚至行为中起着至关重要的作用。几项研究报告了早期断奶仔猪的肠道菌群与猪饲料效率,生长和腹泻抵抗之间的关联。这些研究大多数依赖于微生物的可用注释信息,这些注释信息通常与部分基因组序列有关。

在目前的数据库中,仍有很大一部分微生物基因缺乏功能注释。参考基因以及高质量的微生物基因组是了解特定微生物的功能作用并量化其在肠道微生物组中的丰度的必不可少的资源。但是,约40–50%的肠道微生物缺乏参考基因组。

与易受偏倚,敏感性低以及肠道微生物组缺乏功能性信息的16S rRNA基因测序相比,宏基因组测序可用于推断微生物群落的生物学功能,并已逐渐用于测试通过全基因组关联研究,肠道微生物组与宿主表型和疾病之间的关联。实际上,由于需要广泛的计算支持,在使用现有的生物信息学工具进行宏基因组测序数据时,经常会遇到瓶颈。可能会产生错配和嵌合重叠群,并将明显的偏倚引入结果。因此,迫切需要完整的基因目录和完整的基因组目录的构建来研究肠道微生物组。

迄今为止,已经报道了人类,狗,猴子,小鼠、大鼠和鸡的肠道微生物组的参考基因目录。还使用287个粪便样本构建了猪肠道微生物组的参考基因目录,其中包含770万个非冗余基因(在本研究中称为PGC)。但是,用于构建这些目录的测序深度相对较低(3.31–7.0 Gb /样本)。另外,仅使用来自家猪的粪便样品。尽管尚需通过基于培养的方法进一步证实其相应的MAGs微生物实体,但未培养微生物群的完整基因组目录对于研究肠道微生物组很有用。

在这项工作中,构建了一个完整的基因目录,并通过对来自不同年龄,性别,品种,地理区域,驯养和肠道位置的多种样本来源中的500种样本,进行测序来恢复猪肠道微生物组的MAG。尤其是,空肠,回肠和盲肠的管腔样品被用于改善该整合基因目录在整个肠道微生物组中的表达。此外,PGC目录的数据集也已集成到目录的构造中。

该研究显示了由48,697,887(PIGC100),17,237,052(PIGC90)和7,246,447(PIGC50)非冗余基因组成的猪肠道微生物组的基因目录(命名为猪综合基因目录,PIGC),分别具有100%,90%和50%的氨基酸同一性。此外,总共回收了6339个MAG,它们被聚集成2673个物种级基因组仓(SGB),其中超过86%(2309)在当前数据库中没有可用的基因组序列(未知SGB,uSGB)。

为了证明这些资源的价值,该研究使用微生物基因和MAG的目录来比较野猪和商业Duroc猪之间的肠道微生物组,这两种猪代表了在两种截然不同的条件下饲养的猪,以确定这两个队列之间详细的微生物组差异。PIGC和MAGs为猪肠道微生物组相关研究提供了扩展的资源。


参考消息:
https://www.nature.com/articles/s41467-021-21295-0

来源:iNature,如有侵权,请留言联系删除。

农业部办公厅关于进一步加强非洲猪瘟风险防范工作的紧急通知(农办医〔2017〕14号)-大畜牧

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