Buffalo digestive tract metagenome MAGs

水牛是亚洲重要的牲畜。与其他反刍动物一样，它的消化道 (DT) 是水牛质量和健康的关键，并且与微生物有大量相互作用。在这里，我们对水牛 DT 沿线的微生物生态进行了全面调查，包括三个部分（即四腔胃、肠和直肠）的八个地点。我们收集了 695 个样本，进行了宏基因组测序，并获得了 4,960 个宏基因组组装基因组 (MAG)，其中可以映射约 85% 的原始读数。90.7% 的 MAG 以前在物种水平上未被识别。总体而言，厚壁菌门和拟杆菌门是最丰富的门；它们的比率沿 DT 呈增加趋势，与它们在DT 剖面中的功能一致 . We identified known interactions between microbes and DT sites including the enrichment of fiber-digesting and methane-producing microbes in the four-chambered stomach. Strikingly, archaea were highly abundant in both four-chambered stomach and intestine, and showed positive correlations with <i>Fibrobacter</i>, indicating their roles in methane-production and fiber-degradation at both sections. We annotated 5,862,748 non-redundant proteins from the MAGs, many of which also showed different abundances and were related to site-specific functions. By comparing with the rumen microbiota of cattle, we found higher abundances of microbes in fiber degradation and but lower in methane production. Our catalog of microbial genomes and encoded proteins provides insight into their functions and interactions with distinct DT sites, and paves the way to microbial interventions for better buffalo quality.

水牛是亚洲地区至关重要的畜禽物种。与其他反刍动物类似，其消化道（Digestion Tract，DT）是影响水牛品质与健康的核心器官，且与微生物群落存在广泛的相互作用。本研究针对水牛消化道沿线的微生物生态系统开展了全面调研，采样覆盖了消化道三个区段内的8个采样位点，三个区段分别为四腔胃、肠道与直肠。本研究共收集695份样本，开展宏基因组测序，最终获得4960个宏基因组组装基因组（Metagenome-Assembled Genome，MAG），约85%的原始测序读段可比对至这些MAG上。其中90.7%的MAG为此前未在物种层面被鉴定的新基因组。总体而言，厚壁菌门与拟杆菌门为丰度最高的两个菌门；二者的相对丰度比值沿消化道呈现逐步升高的趋势，这与其在消化道各区段的功能定位相符。本研究鉴定出微生物与消化道各位点之间的已知互作关系，例如四腔胃中富集了纤维降解菌与产甲烷菌。值得注意的是，古菌在四腔胃与肠道中均呈现高丰度，且与纤维杆菌属（Fibrobacter）呈显著正相关，表明二者在这两个区段均参与产甲烷过程与纤维降解功能。研究团队从上述MAG中共注释得到5862748个非冗余蛋白质，其中大量蛋白质的相对丰度存在区段特异性差异，并与各采样位点的专属功能密切相关。通过与牛的瘤胃微生物组进行比对分析，本研究发现水牛消化道中纤维降解相关微生物的丰度更高，而产甲烷相关微生物的丰度更低。本研究构建的微生物基因组与编码蛋白质目录，为解析微生物的功能及其在不同消化道区段的互作关系提供了重要依据，同时也为通过微生物干预手段提升水牛品质铺平了道路。