由于瘤胃中共生微生物的活动，反刍动物(牛咀嚼)动物如牛，绵羊和山羊的消化道将木质纤维素植物物质转化为用于营养的短链脂肪酸，具有无与伦比的效率。瘤胃微生物在允许反刍动物家畜分解食物，生产牛奶，肉类和羊毛方面起着至关重要的作用，这有助于支持全球十亿人的生计和粮食安全。然而，这一过程也是温室气体甲烷(CH 4)中受人类影响最大的单一来源，这些动物每年向大气中释放约1.38亿美国短吨CH 4。

了解瘤胃微生物组的多样性和功能是开发支持反刍动物有效全球食品生产同时减少甲烷排放的技术和实践的关键一步。另外，对于鉴定用于将植物原料转化为生物燃料和生物产物的生物技术相关酶存在相当大的兴趣。

据报道，2018年3月19日， 自然生物技术由William(Bill)Kelly领导的国际团队，前身为AgResearch新西兰草原研究中心，包括美国能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI)的科学家，这是美国能源部科学用户设施办公室。从Hungate1000系列培育和测序的瘤胃微生物基因组和分离物的参考目录。该系列是迄今为止最大的目标培养和测序项目之一，是通过全球瘤胃微生物学研究人员的协调努力而产生的。在项目开始时，只有14种细菌和一种产甲烷菌的参考基因组。Hungate目录现在包含了共有501个基因组 - 这项研究新生成的410个基因组，另外还有91个已经从其他研究中公开获得。

缩放瘤胃微生物学

“JGI是在基于序列的研究中开展，实现和民主化的世界领导者 - 并且是在这么大规模上开展科学研究的少数几个地方之一。除了序列生成，数据处理和大型计算资源之外，我们还带来了丰富的经验和专业知识，以帮助弥合从序列到生物学的差距，“JGI计算生物学家，该论文的共同第一作者Rekha Seshadri说。

该项目的名字是为了纪念已故的Robert Hungate(1906-2004)，他是一位开创性的微生物学家，他发明了一种广泛使用的严格培养厌氧菌的方法，这种方法现在以他的名字命名。

Kelly指出，这项工作是JGI 社区科学计划(CSP) 2012年提案的高潮，该提案源于2011年2月在新西兰举行的瘤胃微生物学家会议。前JGI主任Eddy Rubin是会议的与会者之一。在JGI刚刚公布的第一瘤胃宏基因组研究中的科学，以及他对测序的规模，这是可能的角度鼓励一个雄心勃勃的项目的发展。

凯利说：“我们开发Hungate基因组目录的工作提供了经典微生物学与独立于微生物培养的现代技术之间的联系，这些微生物学为厌氧(特别是瘤胃)微生物学提供了培养基础。DNA和RNA序列分析的组合以及基因组测序，表征的培养菌株的实验室实验现在可用于开始揭示瘤胃微生物群落功能的复杂性。“

“如果我们一起做事，这个项目就是科学如何快速进步的一个很好的例子，”研究共同第一作者Sinead Leahy补充说，现在新西兰农业温室气体研究中心。“该项目有助于进一步填补我们对厌氧微生物知识的空白，因为它专门针对专门的厌氧瘤胃环境，并报告来自尚未进行分类学分类或表型特征但是最丰富的瘤胃微生物的菌株的基因组序列“。

科学亮点

Hungate目录包含瘤胃报告的75%的属级分类群。研究人员能够将个体微生物分配到与瘤胃功能相关的主要代谢途径中。他们报告说，总的来说，基因组目录编码了近33,000种可以分解植物细胞壁的降解碳水化合物活性酶。其他代谢亮点和瘤胃微生物组的进化小插曲在手稿中提供。他们注意到了普遍保守的烯醇酶基因丢失的一个有趣的进化实例，这是糖酵解中的倒数第二个酶，即将葡萄糖转化为丙酮酸的代谢途径。讨论了瘤胃特异性适应性，例如B12的从头合成和瘤胃微生物组的潜在垂直遗传。

为了测试Hungate集合作为支持宏基因组分析的资源的价值，从参考基因组的140万个编码序列(CDS)中搜索了来自8,000多个不同宏基因组样本的~19亿个CDS，存储在综合微生物基因组和微生物组中( IMG / M)数据库。IMG / M系统支持微生物基因组和微生物组的注释，分析和分发。

大多数Hungate基因组确实存在于可用的瘤胃宏基因组中。“然而，与人类微生物组存在显着重叠 - 几乎三分之一的物种在人体消化系统样本中被检测到，无意中增加了人类微生物组研究的参考集。IMG是与环境元数据相结合的序列数据的综合资源(这是关键)，没有这些资源，这些观察结果就不会发生，“Seshadri说。将微生物组数据整合到所有栖息地类型中以实现新的相关性和发现的重要性，是最近提出的国家微生物组数据协作(NMDC)的主要支柱之一，其中JGI正在发挥领导作用。

瘤胃微生物学资源

“该出版物标志着对瘤胃微生物学的重大贡献，基因组序列与其相应的文化相结合，将使Hungate Collection成为世界各地瘤胃微生物群体的优秀资源，将微生物基因组与瘤胃功能联系起来，并揭示了被称为世界上最大的商业发酵过程，“AgResearch的Kelly，Leahy和Graeme Attwood在联合声明中说。