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中起着至关重要的作用，并生产牛奶，肉类和羊毛，这有助于支持全球超过10亿人的生计和粮食安全。然而，这一过程也是温室气体甲烷(CH4)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CH4。

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。

2018年3月19日，在Nature Biotechnology上报道由威廉(比尔)凯利领导的国际团队，曾任新西兰农业研究中心草原研究中心，并包括美国能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI)的科学家，该研究所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研究人员的协调努力制作的。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是基于序列的研究的开展，实现和民主化的世界领先者，也是为数不多的科学领域之一。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。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罗伯特·洪加特(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2012年2月在新西兰举行的瘤胃微生物学家会议上提出的JGI社区科学计划(CSP)2012提案的高潮。前JGI主任Eddy Rubin是会议的与会者之一。 JGI刚刚发表了第一篇关于科学的瘤胃宏基因组研究，他对可能的测序规模的看法鼓励了一个雄心勃勃的项目的发展。

凯利说：“我们的生成Hungate基因组目录的工作提供了经典的微生物学与独立于微生物培养的现代技术之间的联系，这些微生物学提供了厌氧(特别是瘤胃)微生物学的培养基础.DNA和RNA序列分析相结合现在可以用基因组测序，表征的培养菌株进行实验室实验，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迅速发展的一个很好的例子，”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。研究人员能够将单个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。他们注意到一个有趣的进化实例，即基因丧失的普遍保守烯醇酶，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，例如B12的从头合成和瘤胃微生物群的潜在垂直遗传。

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检测到，无意中增加了人类微生物组研究的参考集.IMG是序列数据综合的综合资源环境元数据(这是关键)，没有它，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。