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为解决反刍动物不同胃肠道区域 H2循环和 VFA 产生差异不明的问题，研究人员以山羊为模型，对比研究瘤胃和盲肠微生物组的组成、功能及活性。结果发现盲肠中还原乙酰生成菌富集，这重塑了对反刍动物氢代谢的理解，为家畜甲烷减排提供思路。
在广袤的畜牧业天地里，反刍动物可是举足轻重的角色，它们独特的消化系统，依赖着胃肠道里的微生物大军，不仅能从难以消化的植物纤维中获取能量，还在悄无声息地影响着温室气体排放。不过，长期以来，人们虽然知道瘤胃微生物的重要性，却对反刍动物后肠道，尤其是盲肠的微生物了解甚少。比如说，盲肠微生物群落是如何组建的？氢代谢的主导途径又是什么？这些问题就像一团迷雾，笼罩在科研人员心头。为了拨开这团迷雾，中国科学院亚热带农业生态研究所的研究人员挺身而出，开展了一项极具意义的研究。他们以山羊为实验模型，对瘤胃和盲肠微生物组的组成、能力及活性进行了深入的比较研究。最终，研究成果发表在《Microbiome》杂志上。这项研究意义非凡，它揭示了反刍动物胃肠道关键区域的乙酰生成富集现象，重塑了人们对反刍动物氢代谢的认知，更为家畜甲烷减排的研究指明了新方向。
研究人员开展研究时用到的主要关键技术方法包括：16S rRNA 基因扩增子测序和定量 PCR，用于分析瘤胃和盲肠微生物群落；宏基因组测序，对瘤胃和盲肠微生物组进行功能注释和物种水平分析；免疫荧光染色，检测瘤胃和盲肠组织中 GPR43 的表达；体外实验，验证盲肠微生物组的氢代谢途径差异。
下面来看具体的研究结果：
- 盲肠中氢气和乙酸水平升高：研究人员收集了 16 只健康山羊瘤胃和盲肠的上皮和食糜样本，发现盲肠的上皮结构和乳头形态与瘤胃不同，且盲肠 pH 略高，总挥发性脂肪酸（VFA）、乙酸浓度和摩尔比例更高，丙酸和丁酸摩尔比例更低。盲肠中溶解氢（dH2）浓度比瘤胃高四倍，这表明盲肠中发酵性 H2的产生和利用过程不同，且耦合度降低。通过对 VFA 吸收相关基因的研究发现，盲肠乳头对 VFA 的吸收可能比瘤胃乳头慢，这也解释了盲肠中 VFA 浓度较高的现象。此外，瘤胃和盲肠的微生物群落存在差异，这些差异可能导致了两者电子流和 H2代谢的不同。
- 盲肠中碳水化合物、VFA 和氢代谢的独特过程：通过对瘤胃和盲肠宏基因组中碳水化合物活性酶（CAZymes）的筛选，发现瘤胃微生物组中降解纤维素和半纤维素的 CAZymes 基因更丰富，而盲肠微生物组中降解宿主衍生聚糖的 CAZymes 基因更丰富。在 VFA 产生相关基因方面，盲肠微生物组中参与发酵性乙酸产生的基因更丰富，瘤胃微生物组中参与丁酸和丙酸产生的基因更丰富。在氢代谢方面，盲肠中多种氢酶基因更丰富，表明其 H2产生和循环过程更活跃。同时，盲肠中还原乙酰生成的关键基因 acsB 比瘤胃中丰富 12 倍，说明盲肠更倾向于还原乙酰生成而非氢营养型呼吸。
- 基因组中心宏基因组证实盲肠中富集新型乙酰生成菌：研究人员进行宏基因组分箱，获得了 2358 个中高质量的宏基因组组装基因组（MAGs）。功能注释发现，盲肠中富集了能够降解宿主聚糖和产生发酵性乙酸的微生物，以及编码特定氢酶的微生物。对乙酰生成菌的基因组分析表明，盲肠中的新型乙酰生成菌在系统发育和功能上与瘤胃中的不同。体外实验也证实了盲肠和瘤胃微生物组在氢代谢途径上的差异，盲肠微生物组产生更多乙酸，瘤胃微生物组则具有更强的纤维降解和氢营养型产甲烷能力。
- 乙酰生成菌在多种反刍动物后肠道中富集：通过对多种反刍动物的比较分析，发现所有反刍动物盲肠微生物组中还原乙酰生成途径的标记基因 acsB 均显著富集，且几乎所有检测到的乙酰生成菌都属于梭菌纲。这表明反刍动物盲肠中还原乙酰生成的富集是一种普遍现象。
研究结论和讨论部分指出，瘤胃和盲肠作为反刍动物主要的发酵部位，有着截然不同的微生物和代谢过程。瘤胃在纤维降解、丙酸形成和氢营养型产甲烷方面表现出色，而盲肠则更擅长利用宿主衍生聚糖，并且富含产生 H2的发酵性细菌和新型还原乙酰生成菌。这项研究为理解反刍动物胃肠道的能量获取策略、氢营养型生长潜力和肠道甲烷生成提供了新的视角。不过，鉴于盲肠中乙酰生成的主导地位，后续还需要进一步从后肠道中分离乙酰生成菌，深入研究其代谢特征，探索在反刍动物甲烷减排中重定向电子和 H2流的潜力。总之，该研究成果为反刍动物微生物学领域开辟了新的研究方向，有望推动畜牧业的可持续发展。
