基因组解析的宏基因组学揭示牛胃肠道上皮相关微生物组的多样性和功能景观

背景：反刍动物胃肠道上皮栖息着一个多样且功能关键的微生物群落，但由于宏基因组研究中持续存在的宿主DNA污染，该群落仍未得到充分表征。结果：我们开发了Dilute-MetaSeq（基于稀释的宏基因组测序），这是一种新颖的宏基因组工作流程，将梯度稀释与多重置换扩增相结合。Dilute-MetaSeq将宿主DNA干扰降低了52.4倍，并实现了超过90%的微生物测序效率，以评估胃肠道上皮相关微生物组。这使构建胃肠道上皮微生物基因组图谱（MGA-GE）成为可能。这一全面资源包含1,907个非冗余原核基因组和5,603个病毒基因组，揭示了非凡的微生物多样性和新颖性，其中41.4%的原核基因组和99.9%的病毒基因组代表未分类的谱系。空间分析将瘤胃和网胃确定为生物多样性热点，由适应上皮的Butyrivibrio和甲基营养型Methanomassiliicoccales主导，而功能注释揭示了1,200个生物合成基因簇（主要是RiPPs和NRPSs）和1,212个与宿主代谢调节相关的病毒辅助代谢基因。对987个菌株（包括一个基因组大小减小、GC含量升高、以及从氨基酸衍生底物（如戊二酸、赖氨酸）合成丁酸的新型Butyrivibrio分支）的泛基因组分析，强调了与食糜相关微生物相比，对营养稀缺上皮生态位的代谢适应。结论：总的来说，MGA-GE为宿主-微生物-病毒相互作用提供了变革性的见解，并为开发基于微生物组的干预策略以增强反刍动物健康、农业生产力及生物活性发现奠定了基础。