云南典型植食性野生动物亚洲象胃肠道微生物及生物质降解酶多样性研究

Proboscidea elephas maximus is the largest living animal in asia's mainland, represent typical phytophagy mammals.Its huge body reveal it should have strong ability of decomposition of plant food. The gastrointestinal microbial community and its decomposition enzymes of plant biomass may exist great diversity. Therefore, the following questions about wild mammals is very interesting and important: (1) Which specific microbial taxa exist in the gastrointestinal tract of the animal? What is the potential function of the specific microbial taxa? Is there any relationship between the specific microbial taxa and diet of the animal? (2) How does the lignocellulose biomass degrade quickly in the phytophagy animal gastrointestinal tract? Which enzymes and/or biological factors contribute great to the high-efficiency degradation of lignocellulose? What is the mechanism of high-efficiency degradation of lignocellulose by the enzymes and/or biological factors? (3) How the biomass-degrading microorganisms and enzymes in the animal gastrointestinal tract evolve under the force of selective diet of these animals. In order to answer these questions, high throughput sequencing for the metagenomes of gastrointestinal tract content of the wild animals will be employed. The study will improve our understandings on the microbial communities and function, and lignocellulolytic enzymes and catalytic mechanism in the phytophagy animal gastrointestinal tract, and provide new scientific basis for the nutrition and conservation of the rare wild animals.

亚洲象是亚洲大陆现存最大的动物，是典型的植食性动物，也是中国一级野生保护动物。亚洲象是体型最大的陆地动物之一，其巨大的体型揭示其应具有很强的植物性食物分解能力。其胃肠道微生物群落及其分解植物生物质的酶类有可能存在着较大的多样性。因此本项目以此为研究对象，研究下面的科学问题:(1)其胃肠道中存在哪些特有的微生物类群?有何潜在动能?(2)亚洲象胃肠道是如何迅速降解纤维素等生物质?存在哪些高效降解酶和生物因子?作用机制是什么?本项目通过宏基因组结合高通量测序技术对亚洲象粪便微生物进行研究，了解其胃肠道微生物群落结构组成及功能,解读植食性动物胃肠道纤维素分解酶类高效降解因素与机制，从而为野生动物保护及纤维素物质的高效利用提供科学依据。

亚洲象是亚洲最大的草食性哺乳动物，但其胃肠道缺乏降解木质纤维素所需酶的同源物，因此可能取决于它们的肠道菌群。所以，研究其肠道微生物可以为保护野生亚洲象和预防控制圈养亚洲象的肠道疾病提供重要的理论依据。另外，由于亚洲象广泛摄食富含纤维素的各种植物，因此其胃肠道中可能蕴涵着大量潜在的纤维素分解酶类基因资源。用16S rRNA高通量测序和宏基因组技术较为全面地研究亚洲象胃肠道微生物群落的结构组成，分析其微生物的遗传多样性及纤维素分解酶类基因多样性。目前取得了如下重要成果：..从样品的基因组注释中获得了丰富且复杂的碳水化合物活性酶（CAZymes），其中大多数与CAZy数据库条目的一致性不高。大约一半的CAZymes在门或属水平上没有物种来源。这说明厚皮类动物的胃肠道可能是新型有效的木质纤维素降解酶的潜在来源。..我们调查了野生象和以前的圈养象在野外觅食的植物种类，并比较了它们的多样性。 并通过16S rRNA高通量测序比较了野生象和圈养象肠道微生物组的组成和多样性。 我们还预测了与每组亚洲象显着相关的细菌模块的功能与它们的饮食相对应。 这些为保护野生亚洲象以及预防和控制圈养亚洲象的肠道疾病提供了重要的理论依据。..我们对测序序列进行分箱操作获得了89个高质量（基因组完整度大于70%）基因组拼装草图。通过物种注释和功能注释。最终我们搭建了一个拥有亚洲象胃肠道木质纤维素降解酶的数据库。..为了筛选亚洲象胃肠道内高表达的碳水化合物酶类，我们对9个粪便样品行了shotgun宏蛋白组学检测，发现拟杆菌Bin576和Bin151中的GH29，GH43:GH53, GH13, GH31, GH77以及GH10所在多糖利用位点表达的唯一肽段最多。我们对以上的糖苷水解酶进行异源表达并验证了其功能。