课题基金 / 基金详情

大额牛主食竹子的瘤胃微生物代谢机制及高活性纤维素酶系研究

批准号:
32060762
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
杨舒黎
依托单位:
学科分类:
动物营养学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨舒黎

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
大额牛为中国唯一的半野生半家养的珍稀牛种资源,主食竹子等高纤维物质仍能获得良好的生长和增重,具有粗纤维消化能力强的特点;大额牛无疑是高效木质纤维降解酶筛选和发掘的珍贵种质资源。本项目在前期研究的基础上,拟采集相同生境大额牛和云南黄牛各6头瘤胃内容物,运用瘤胃微生物组学技术比较大额牛和黄牛瘤胃微生物群落组成及功能基因差异(宏基因组10X Genomics测序),瘤胃差异代谢物及代谢通路(代谢组学)以及通过组学的关联分析构建大额牛瘤胃微生物代谢通路及功能基因调控互作网络;在此基础上筛查大额牛高效降解木质纤维的功能基因,并首次构建高活性的纤维素酶系及在E.coli中实现共表达与定向改造;同时采用人工瘤胃模拟系统体外研究该纤维素酶系对纤维降解特性;预期阐明大额牛瘤胃功能微生物与功能基因的代谢分子机制和开发高活性的纤维素复合酶;为反刍动物饲料高效转化利用以及为发掘大额牛优良种质资源提供科学支撑。
英文摘要
The gayal is a rare semi-wild bovine species distributed throughout china. It can graze grasses including bamboo as well as reeds and other plant species, and attains higher mature live weights than that of Yunnan yellow cattle maintained in similar environments. Previous studies confirmed that ruminal microbes and cellulases of gayal had the efficient digestion of fiber. Therefore, it is no doubt that gayal is valuable species resources for screening high-efficient cellulase.This project will compare the difference of ruminal microbiota, functional genes and rumen metabolites by omics approaches from ruminal contents of 6 gayals and 6 Yunnan yellow cattles under the native environments. We will analyse rumen microbial flora and functional genes (Metagenomics, 10X Genomics sequencing, anticipative total “metagenome” size of 600 Gb), rumen differential metabolites and metabolic pathways (Metabonomics). Furthermore, the correlation of significant microbiota flora, functional genes and related metabolites will be analyzed to construct the interaction network. We will try to construct, co-express and co-modify ruminal specific cellulosome of gayal in E.coli. In the meantime, we will also use artificial rumen simulation system to evaluate cellulosome activity and stability in rumen fluid .The results will reveal metabolic mechanism which ruminal microbes can more effectively degrade fibrous feed,especially bamboo, and provide an effective way for transforming of ruminant feeds and utilization of biology energy sources, and also contribute to developing unique biodiversity resources in Yunnan Province.
为研究云南大额牛高效利用竹子等粗纤维性饲料的瘤胃微生物代谢机制及开发高活性的纤维素复合酶,本项目运用微生物组学技术比较大额牛和黄牛瘤胃微生物群落组成及功能基因差异,瘤胃差异代谢物及代谢通路,以及使用双启动子系统基因共表达技术构建了高活性纤维素复合酶(Umcel-1_Umcel-2),同时从大额牛瘤胃中分离鉴定了一株新的纤维降解菌(丁酸弧菌Butyrivibrio;s_)。研究表明:(1)大额牛与黄牛的瘤胃微生物组成主要为细菌,古菌和真核生物;且细菌的优势菌门为拟杆菌门(Bacteroidota)和厚壁菌门(Bacillota)。大额牛与云南黄牛瘤胃微生物在门、属、种各水平间差异显著(P<0.05),大额牛瘤胃中与纤维降解相关的微生物较之黄牛丰度更高。大额牛瘤胃中GH5_1、GH43_29、GH77、GH73、GH13等家族基因富集,其可能与多糖、纤维降解有关。(2)大额牛与黄牛瘤胃有显著差异代谢物约180种(p<0.05);差异代谢物主要为脂类中的脂肪酸、甘油磷脂等以及氨基酸及其衍生物。大额牛瘤胃碳水化合物存在显著上调的短链脂肪酸为:甲酸、乙酸、异丁酸、戊酸等,下调的为丁酸、异戊酸、己酸等。大额牛与黄牛主要差异代谢通路为氨基酸代谢、花生四烯酸代谢及甘油磷脂代谢。(3)纤维素复合酶Umcel-1_Umcel-2在E.coli中表达出纤维素酶活性,其最适温度为40℃,最适pH为6.5,该酶对竹粉、稻草和苜蓿的干物质降解率显著高于单一酶Umcel-1和Umcel-2。(4)Butyrivibrio;s_基因组大小为3.49Mb,含64个tRNA、1个tmRNA、14个ncRNAs、3101个编码序列,5个伪基因与594个假设蛋白;该菌株对竹粉和玉米秸秆的干物质降解率分别为20.68%和19.75%。实验结果揭示了大额牛瘤胃功能微生物与功能基因的代谢分子机制,以及开发了一个高活性纤维素复合酶和鉴定了一株新的纤维降解菌,结果可为反刍动物饲料高效转化利用提供一条有效途径。通过项目实施,获云南省自然科学二等奖1项,发表论文3篇(含SCI论文1篇),培养硕士研究生2名,职称晋升2人。
云南大额牛瘤胃纤维素酶基因/基因簇功能分析及定向进化研究
  • 批准号:
    31360562
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    52.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    杨舒黎
  • 依托单位:
云南大额牛瘤胃中纤维素降解的微生物多样性及纤维素酶基因研究
  • 批准号:
    31160467
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    50.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    杨舒黎
  • 依托单位:
大额牛瘤胃细菌宏基因组BAC文库的构建及高活性纤维素酶基因的克隆与表达
  • 批准号:
    30960256
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    杨舒黎
  • 依托单位:
国内基金
海外基金