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进展 | 新方法实现牛瘤胃尿素分解菌高效分离

进展 | 新方法实现牛瘤胃尿素分解菌高效分离 安佰特
2023-06-26
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导读:为提高微生物分离培养效率,中国农科院奶产品质量与风险评估团队找到了一种靶向分离尿素分解菌的微球原位分离培养方法

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注:以下信息来自中国农科院畜牧所


瘤胃尿素分解菌是调控反刍动物利用尿素氮的关键微生物。尽管高通量测序揭示了瘤胃尿素分解菌多样性特征,但目前分离效率低、分离出的菌株少。


为提高微生物分离培养效率,中国农科院奶产品质量与风险评估团队找到了一种靶向分离尿素分解菌的微球原位分离培养方法。


利用该方法,研究人员共分离出976个菌株,通过对其中52个代表性菌株进行全基因组测序,发现有28个是尿素分解菌,分离效率53.8%。


上述研究表明,该新方法具有更高的新菌分离能力和效率,为进一步丰富瘤胃微生物组资源,促进尿素利用机理研究提供了支撑。


反刍动物利用尿素作为日常氮源,它们能够将尿素-N循环回瘤胃。在瘤胃中,许多解脲细菌将尿素水解为氨,氨被许多细菌用作氮源。测序技术让人们对瘤胃解脲细菌有了新的见解,但被分离到纯培养物中或进行研究的较少,阻碍了对瘤胃解脲细菌代谢、生理和生态学的理解。


在尿素饲料利用转化过程中,瘤胃中微生物的作用至关重要。反刍动物瘤胃中,摄入的尿素被微生物分泌的脲酶催化分解成氨,这类微生物称为尿素分解菌。氨又是绝大部分微生物的氮源,被微生物利用合成微生物蛋白质。微生物蛋白质是奶牛的优质氮源,微生物蛋白占小肠总蛋白质的60%~85%,是乳蛋白合成的重要原料。


当前我国反刍动物尿素饲料需求量超过100万吨。然而,瘤胃中的尿素分解菌种类到底是什么还不清楚?尿素在瘤胃中被哪些细菌分解、如何分解,有助于我们制定调控策略,提高尿素的有效性和安全性。


一直以来,探明瘤胃中尿素分解菌的研究却囿于方法学的限制,进展比较缓慢。

据介绍,这种被称谓靶向分离尿素分解菌方法,通过功能基因ureC富集靶标菌群,将单细胞包裹到琼脂糖微球中,在模拟的瘤胃环境中培养,最后通过基因组测序进行鉴定。该方法的优点包括:利用96孔板提高了通量;利用功能基因ureCPCR筛选富集靶标菌群;利用琼脂糖微球包裹置于原位环境中孵育,使需要未知生长因子及需要与其它细菌互作的微生物生长;基因组测序揭示完整的脲酶基因簇特征。我们优化了接种物(瘤胃液)的稀释度,然后将富集的尿素分解菌群,稀释后包裹到琼脂糖微球中。连续稀释后的瘤胃液于39℃孵育24 h,孵育结束后,利用ureC特异性引物PCRQ筛选,结果显示,大于10-1稀释度的板子只有部分孔中存在尿素分解菌,10-5及以上稀释度的板子中均未检出尿素分解菌。本研究中,104稀释度最可能将尿素分解菌分离成单菌株,因此选择10-4稀释度作为富集尿素分解菌的最佳稀释倍数。


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