導(dǎo)讀

反芻動物是指具有反芻習(xí)性的一類哺乳動物，如牛、羊、長頸鹿、兔子等。反芻動物采食一般比較匆忙，大部分未經(jīng)充分咀嚼就吞咽進(jìn)入瘤胃，經(jīng)過瘤胃浸泡和軟化一段時間后，食物經(jīng)逆嘔重新回到口腔，經(jīng)過再咀嚼混入唾液并再吞咽進(jìn)入瘤胃，這種行為稱為反芻行為。反芻動物的食物種類比其他種類的動物更豐富，結(jié)構(gòu)組成也更復(fù)雜，但草料中的粗纖維含量較高導(dǎo)致其難以消化，反芻動物依賴于胃部微生物群的代謝能力來消化各種物質(zhì)，但其轉(zhuǎn)化效率低也是養(yǎng)殖業(yè)廣泛關(guān)注的問題。

雖然已有研究證明瘤胃中不同微生物的活性可以調(diào)節(jié)宿主利用植物生物能量的能力，但定植于宿主瘤胃中的微生物卻很少受到關(guān)注。奧地利維也納獸醫(yī)大學(xué)的Cameron等人在Research Square在線發(fā)表了題為《Differential partitioning of key carbon substrates at the rumen wall by recently diverged Campylobacteraceae populations》的研究論文。文章采用多重數(shù)字PCR（dPCR）量化同一菌科的兩種菌群，分析反芻動物瘤胃上的定植菌群分布及生物進(jìn)化動態(tài)，為今后畜牧業(yè)提高動物代謝能力的研究提供了新思路。

應(yīng)用亮點：

▶  宏基因組測序發(fā)現(xiàn)瘤胃上皮細(xì)胞中彎曲桿菌科兩個種群的基因序列高度相似，利用naica^®微滴芯片數(shù)字PCR系統(tǒng)可以對兩個種群進(jìn)行精準(zhǔn)量化。

▶ 使用不同培養(yǎng)添加物后，可以利用naica^®微滴芯片數(shù)字PCR系統(tǒng)進(jìn)行微生物種群分布跟蹤。

研究成果：

作者通過對瘤胃上皮微生物組的16S rRNA擴(kuò)增子分析發(fā)現(xiàn)了一個優(yōu)勢菌株（OTU）為彎曲桿菌科（Campylobacteraceae），并通過宏基因組測序發(fā)現(xiàn)該OTU兩個主要種群Ca. C. stinkeris與Ca. C. noahi的基因含量高度相似，但pgl（蛋白質(zhì)糖基化）操縱子不同。

為了探究Ca. C. stinkeris與Ca. C. noahi兩個種群空間分布的差異，作者通過naica^®微滴芯片數(shù)字PCR系統(tǒng)比較了這兩個種群在不同動物瘤胃乳突離上皮壁最近和最遠(yuǎn)兩個位置的含量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同動物的兩個種群在這兩個位置的比例接近。

▲圖1 Ca. C. stinkeris 和Ca. C. noahi在動物瘤胃乳突頂端和隱窩的含量比例。A）從乳突切片兩個位置提取DNA使用dPCR進(jìn)行定量分析。B) Ca. C. stinkeris 和Ca. C. noahi在動物瘤胃乳突兩個位置的含量比例。橫坐標(biāo)為取樣動物的名字。

然后作者使用naica^®微滴芯片數(shù)字PCR系統(tǒng)對兩種菌群進(jìn)行生長和適應(yīng)性測定，數(shù)據(jù)顯示Ca. C. stinkeris可以在以醋酸鹽為主要碳源時積累的生物量，更好地生長，但被丙酸鹽抑制，而Ca. C. noahiz在任何一種添加物存在的情況下在都沒有檢測到生長優(yōu)勢。因此，作者推斷可能存在一些其他機(jī)制來最小化競爭，這種機(jī)制通過某些代謝生態(tài)位維度上的分化，防止它們生長動力學(xué)的重疊來支持兩個種群的共存。

▲圖2 醋酸鹽利用和丙酸鹽抗性檢測。A)通過種群特異性dPCR，評估添加5 mM醋酸鹽（acetate）或丙酸鹽（propionate）對生物量積累的影響。分別用單個菌株(左，單一培養(yǎng))和競爭菌株(右，共培養(yǎng))進(jìn)行了實驗。

通過數(shù)字PCR這種精準(zhǔn)的定量技術(shù)，作者發(fā)現(xiàn)在瘤胃乳突的頂端和隱窩都分布有這兩種優(yōu)勢菌群，且與上皮細(xì)胞分布數(shù)目無顯著的相關(guān)性。另外，這兩種菌群能夠促進(jìn)相關(guān)脂肪酸的代謝，進(jìn)而發(fā)揮促進(jìn)食物消化的功能。該文章為通過調(diào)節(jié)反芻動物體內(nèi)某些鹽離子濃度來調(diào)節(jié)優(yōu)勢菌群的分布比例進(jìn)而提升消化能力提供了思路。