瘤胃微生物组对于反刍动物的消化过程至关重要，它能够将难以消化的饲料转化为高质量的蛋白质，但这一过程会产生甲烷，加速了气候暖化进程，还造成了饲料中营养和能量的损失。以往的研究主要集中在瘤胃细菌与反刍动物生产特性之间的关联，瘤胃病毒组的功能尚不明确。近日，发表在Microbiome题为“Viruses contribute to microbial diversifcation in the rumen ecosystem and are associated with certain animal production traits”的研究论文，利用纯生信手段探索了病毒组在瘤胃生态系统中的作用及对动物生产性能的影响。

数据来源

公开发布的975个瘤胃宏基因组数据：包含5大洲的13个反刍动物物种

分析方法

为更好的研究物种水平上的噬菌体-细菌互作，本研究为瘤胃微生物组量身定制kraken2 分类器：首先基于GTDB数据库以及7176个瘤胃宏基因组组装基因组(MAGs)定制了基于GTDB物种分类的kraken2 分类工具(Rumen Kraken2 Classifier)。使得75%的序列都能在种水平上被注释到。

01、α多样性、β 多样性、差异分析、病毒与宿主比率分析；

02、CheckV等工具来识别、分类和预测瘤胃MAGs中的前噬菌体序列；

03、使用GTDB等工具进行鉴定、分类和宿主预测，构建了病毒-微生物网络，以分析病毒对微生物间互作的影响；

04、用CRISPR间隔区预测了病毒与宿主微生物的特异性关系。

霍奇金和里德-斯特恩伯格（Hodgkin and Reed-Sternberg，HRS）细胞是经典霍奇金淋巴瘤（Classical Hodgkin Lymphoma，cHL）的特征性细胞。cHL是一种影响淋巴系统的恶性肿瘤，它是霍奇金淋巴瘤的一种形式，占所有霍奇金淋巴瘤病例的95%左右。HRS细胞通常体积较大，具有双核或多核，核膜有明显的凹陷，形成类似“镜影”的形态。

主要研究结果

1、噬菌体在瘤胃生态系统中普遍存在，并可能赋予宿主生存优势。

通过分析瘤胃宏基因组组装基因组中的前噬菌体，评估了瘤胃病毒在微生物多样性形成中的潜在作用。本研究综合分析了8902个瘤胃微生物基因组和MAGs，鉴定到5185个前噬菌体。这些基因组和MAG中约有50%携带至少一个前噬菌体，一个MAG甚至携带多达8个前噬菌体。研究者进一步分析了这些前噬菌体的分类以及是否携带抗生素抗性。

图1  从瘤胃微生物基因组中鉴定的噬菌体

2、瘤胃病毒在物种和菌株水平上调控微生物组

研究者从瘤胃基因组目录（RUG2）中鉴定出的1,422个高质量MAGs和数万个病毒之间存在相互作用。利用CRISPR-Cas间隔序列匹配，发现在菌株水平评估了这些MAGs和vOTUs之间的共存和感染模式。鉴定到具有种间和种内宿主特异性的病毒。

图2  瘤胃病毒菌株水平的宿主特异性研究

3、瘤胃病毒促进微生物相互作用

建立并比较了微生物—病毒和纯微生物网络结构，确定了瘤胃病毒在塑造瘤胃微生物组结构中的作用。瘤胃病毒在物种和菌株水平上调节微生物组，促进微生物相互作用。

图3  瘤胃微生物组和微生物-病毒互作的网络图

4、瘤胃病毒丰富度与饲料组成和动物生产性状有关

研究者进一步分析了311个瘤胃宏基因组，建立了瘤胃病毒组与动物生产特性之间的联系联，包括饲料效率、生产性能和甲烷排放等。

图4  瘤胃病毒丰富度与饲料组成和动物生产性状有关

思考与展望

本研究通过纯生信分析，重新挖掘瘤胃宏基因组中的病毒信息，分析了病毒对瘤胃生态系统的影响。那么相同的研究思路是否适用于其他宏基因组数据呢？或者关注宏基因组数据中的其他微生物，比如说古菌、真菌？是不是心动了，凌恩生物期待与您合作！

凌恩宏病毒基因组研究技术优势

参考文献

Viruses contribute to microbial diversifcation in the rumen ecosystem and are associated with certain animal production traits.Mcrobiome,2024.

原文链接

Doi.org/10.1186/s40168-024-01791-3