IntroductionLignocellulose, the pri

Introduction

Lignocellulose, the primary component of the plant cell wall, is a promising renewable resource for the production of a number of high-value products including bio-fuel, fine chemicals, livestock feed, and as low cost substrate for microbial fermentation and production of enzymes [1,2,3]. Efficient deconstruction of lignocellulose into fermentable sugars requires the concerted action of cellulases, hemicellulases and enzymes that hydrolyze the cross-linkages between hemicellulose and lignin [1,2].

In herbivores, the complete hydrolysis of these requires the synergistic activity of a wide range of carbohydrate degrading enzymes that are expressed by the microbes in their gastrointestinal (GI) tract [4]. The ecology of the gut microbiome in herbivores (ruminants, macropods, and hind-gut fermenters) has been the target of intensive research efforts [5,6,7,8,9]. The recently published Global rumen census has revealed that the microbiome composition of ruminants varies both as a function of diet and ruminant species [9]. Additionally, a number of studies have revealed differences in the microbiome of wild as compared to domesticated herbivores [5,7,8,10,11,12]. This has been hypothesized to be due to the varied diets that are available to wild animals [8]. The diets of domesticated herbivores usually consist of high-quality forages or concentrates (e.g. hays, silages, or grain concentrates), whereas the diets of wild herbivores are more varied, depending on the nature of the browse and forage available for consumption at a given point in time. Given the different feeding strategies that are utilized by wild and domesticated animals, one would expect that the microbial populations in these hosts should be distinct.

Rodents are primarily herbivores and utilize hind-gut fermentation to break down cellulosic feeds [13]. With the exception of the mouse (Mus musculus) and the lab rat (Rattus norvegicus), which serve as model systems for understanding the interactions between host and gut microbiome [14,15], few studies have examined the microbial communities in the ceacum of rodents [16,17]. Of particular interest, the microbial basis of lignocellulose digestion in one of the most iconic Canadian rodents, the beaver (genus Castor), has not been reported.

The North American beaver, Castor canadensis, is the second largest member of the rodent family and exhibits a semi-aquatic lifestyle [18]. Beavers can significantly impact an ecosystem by altering the water flow of streams and/or rivers. Beaver foraging of local vegetation is also known to have a considerable impact on the ecological succession, composition and structure of plant communities, making them an important keystone species in riparian ecosystems [18]. The beaver’s diet consists of woody, lignified plant material, bark, roots and aquatic plants. Beaver’s are hindgut fermenters possessing an enlarged ceacum where digestion and fermentation of the lignocellulosic material takes place [19,20]. Evidence of cellulase activity within the ceacal contents has previously been reported but the source of this activity has not been determined [19]. Undoubtedly, the ability of the beaver to breakdown lignocellulose can be attributed to the microbiome found in the GI tract, but the makeup of this community has not been examined.

This study aims to address this question by determining the bacterial and archaeal communities in the ceacum and feaces of the Castor canadensis. Illumina sequencing of the 16S rRNA gene using bacterial, and archaeal specific primers was used to determine the composition of the bacterial and archaeal microbiome in each sample. The ceacum and fecal microbiome of 4 beavers (2 males and 2 females) was examined and the variation in community structure between individuals and between the GI tract regions was undertaken.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

แนะนำLignocellulose ส่วนประกอบหลักของผนังเซลล์พืช เป็นทรัพยากรทดแทนสัญญาผลิตจำนวน ของผลิตภัณฑ์มูลค่าสูงรวมทั้งเชื้อ เพลิงชีวภาพ เคมี เลี้ยงสัตว์ และ เป็นพื้นผิวที่ต้นทุนต่ำสำหรับหมักจุลินทรีย์และผลิตเอนไซม์ [1,2,3] Deconstruction ที่มีประสิทธิภาพของ lignocellulose เป็นน้ำตาล fermentable ต้องกระทำร่วมของ cellulases, hemicellulases และเอนไซม์ที่ hydrolyze เชื่อมโยงข้ามระหว่าง hemicellulose และลิกนิ [1, 2]ในสัตว์กินพืช ย่อยสลายสมบูรณ์เหล่านี้ต้องการทำงานเสริมฤทธิ์กันของหลากหลายของคาร์โบไฮเดรตที่ย่อยสลายเอนไซม์ที่แสดง โดยจุลินทรีย์ในของระบบทางเดินอาหาร (GI) [4] ระบบนิเวศของ microbiome ลำไส้ในสัตว์กินพืช (สัตว์เคี้ยวเอื้อง macropods และลำไส้รักษา fermenters) มีเป้าหมายของความพยายามวิจัย [5,6,7,8,9] สำมะโนประชากรอาหารโลกที่เผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้ได้เปิดเผยว่า องค์ประกอบ microbiome ของสัตว์เคี้ยวเอื้องไปจนทั้งสองเป็นฟังก์ชันของอาหารและการเคี้ยวเอื้องพันธุ์ [9] นอกจากนี้ จำนวนของการศึกษาได้เปิดเผยความแตกต่างใน microbiome ของป่าเมื่อเทียบกับสัตว์กินพืชเลี้ยง [5,7,8,10,11,12] นี้ได้ถูกตั้งสมมติฐานว่าเกิดจากอาหารที่หลากหลายที่จะให้สัตว์ป่า [8] อาหารของสัตว์กินพืชที่เลี้ยงมักจะประกอบด้วยคุณภาพจำนง หรือมุ่งเน้น (เช่นเฮส์ หมัก หรือเม็ดเข้มข้น), ในขณะที่อาหารของสัตว์กินพืชป่ามีมากขึ้นแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับลักษณะของการเรียกดู และอาหารสัตว์สำหรับการบริโภคที่จุดที่กำหนดในเวลา กำหนดกลยุทธ์ให้อาหารแตกต่างกันที่ใช้ โดยสัตว์ป่า และหมู่ หนึ่งคาดว่า ประชากรจุลินทรีย์ในโฮสต์เหล่านี้ควรจะแตกต่างกันหนูเป็นสัตว์กินพืชเป็นหลัก และใช้ลำไส้หลังหมักการแบ่งฟีดไลต์ [13] ยกเว้นเมาส์ (Mus musculus) และหนูห้องปฏิบัติการ (Rattus norvegicus), ซึ่งเป็นแบบจำลองระบบความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ระหว่าง microbiome ลำไส้และโฮสต์ [14,15], ศึกษาน้อยมีการตรวจสอบชุมชนจุลินทรีย์ใน ceacum ของหนู [16,17] สนใจ เกณฑ์จุลินทรีย์ย่อย lignocellulose หนูแคนาดาน่า บีเวอร์ (สกุลละหุ่ง), อย่างใดอย่างหนึ่งไม่มีการรายงานบีเวอร์อเมริกาเหนือ ละหุ่ง canadensis เป็นสมาชิกใหญ่อันดับสองของครอบครัวหนู และแสดงเป็นไลฟ์สไตล์กึ่งน้ำ [18] สัตว์ชนิดหนึ่งสามารถมีผลกระทบระบบนิเวศแบบ ด้วยการเปลี่ยนกระแสน้ำลำธารหรือแม่น้ำ บีเวอร์ที่หาอาหารของพืชในท้องถิ่นเป็นที่รู้จักกันมีผลกระทบอย่างมากในระบบนิเวศสืบ องค์ประกอบ และโครงสร้างของสังคมพืช ทำให้สายพันธุ์สำคัญภาพในระบบนิเวศชายฝั่ง [18] อาหารของสัตว์ชนิดหนึ่งประกอบด้วยพืชน้ำ และวัสดุ ราก เปลือกไม้ lignified พืช ของบีเวอร์เป็น fermenters hindgut มี ceacum การขยายที่ย่อยอาหารและการหมักวัสดุ lignocellulosic ใช้เวลาวาง [19,20] ก่อนหน้านี้มีการรายงานหลักฐานของกิจกรรม cellulase ภายในเนื้อหา ceacal แต่แหล่งที่มาของกิจกรรมนี้ไม่ได้ตั้งใจ [19] ไม่ต้องสงสัย อาจเป็นเพราะความสามารถของสัตว์ชนิดหนึ่งสลาย lignocellulose microbiome ที่พบในทางเดินอาหาร แต่การแต่งหน้าของชุมชนนี้ไม่ผ่านการตรวจสอบการศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อตอบคำถามนี้ โดยการกำหนดชุมชนแบคทีเรียและ archaeal ใน ceacum และ feaces ของ canadensis ละหุ่ง ลำดับของ 16S rRNA ยีนโดยใช้แบคทีเรีย และ archaeal เฉพาะไพรเมอร์ถูกใช้เพื่อกำหนดองค์ประกอบของ microbiome แบคทีเรียและ archaeal ในแต่ละอย่าง Ceacum และอุจจาระ microbiome ของ 4 ตัว (ชาย 2 และหญิง 2) การตรวจสอบ และดำเนินการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างชุมชน ระหว่างบุคคล และ ระหว่างภูมิภาคระบบทางเดินอาหาร

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

บทนำลิกโนเซลลูโลสซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของผนังเซลล์พืชที่เป็นแหล่งพลังงานทดแทนที่มีแนวโน้มในการผลิตจำนวนของผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูงรวมทั้งเชื้อเพลิงชีวภาพ, สารเคมีที่ดีอาหารสัตว์และสารตั้งต้นที่ค่าใช้จ่ายที่ต่ำสำหรับการหมักจุลินทรีย์และการผลิตของ เอนไซม์ [1,2,3] โครงสร้างที่มีประสิทธิภาพของลิกโนเซลลูโลสให้เป็นน้ำตาลที่ย่อยต้องมีการดำเนินการร่วมกันของเซลลู, เฮมิเซลลูและเอนไซม์ที่ย่อยสลายข้ามความเชื่อมโยงระหว่างเฮมิเซลลูโลสและลิกนิน [1,2]. ในสัตว์กินพืช, การย่อยสมบูรณ์ของเหล่านี้ต้องใช้กิจกรรมกันอย่างลงตัวของความหลากหลายของ คาร์โบไฮเดรตที่ย่อยสลายเอนไซม์ที่จะแสดงโดยจุลินทรีย์ในระบบทางเดินอาหารของพวกเขา (GI) ระบบทางเดิน [4] ระบบนิเวศของ microbiome ลำไส้ในสัตว์กินพืช (สัตว์เคี้ยวเอื้อง macropods และข้างหลังไส้หมัก) ได้เป็นเป้าหมายของการวิจัยอย่างเข้มข้น [5,6,7,8,9] ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้การสำรวจสำมะโนประชากรในกระเพาะรูเมนทั่วโลกได้เปิดเผยว่าองค์ประกอบ microbiome ของสัตว์เคี้ยวเอื้องแตกต่างกันไปทั้งฟังก์ชั่นของการรับประทานอาหารและสัตว์เคี้ยวเอื้องชนิด [9] ความแตกต่างนอกจากนี้จำนวนของการศึกษาได้เปิดเผยใน microbiome ของป่าเมื่อเทียบกับสัตว์กินพืชโดดเด่น [5,7,8,10,11,12] นี้ได้รับการตั้งสมมติฐานว่าจะเกิดจากอาหารที่แตกต่างกันที่มีอยู่กับสัตว์ป่า [8] อาหารของสัตว์กินพืชโดดเด่นมักจะประกอบด้วยจำนงมีคุณภาพสูงหรือเข้มข้น (เช่นหญ้าหมักหรือเข้มข้นเม็ด) ในขณะที่อาหารของสัตว์กินพืชป่าที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับลักษณะของการเรียกดูและอาหารสัตว์ที่มีอยู่สำหรับการบริโภคที่ได้รับ เจาะจงเวลา. ที่กำหนดกลยุทธ์การให้อาหารที่แตกต่างกันที่มีการใช้โดยสัตว์ป่าและสัตว์เลี้ยงหนึ่งคาดหวังว่าประชากรของจุลินทรีย์ในครอบครัวเหล่านี้ควรจะแตกต่างกัน. หนูสัตว์กินพืชเป็นหลักและใช้ประโยชน์จากการหมักหลัง-gut ที่จะทำลายลงเซลลูโลสฟีด [13] ด้วยข้อยกเว้นของเมาส์ (เฮอกล้ามเนื้อ) และหนูห้องปฏิบัติการ (Rattus norvegicus) ซึ่งทำหน้าที่เป็นระบบแบบจำลองสำหรับการทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ระหว่างโฮสต์และลำไส้ microbiome [14,15] การศึกษาไม่กี่ได้ตรวจสอบกลุ่มจุลินทรีย์ใน ceacum ของ หนู [16,17] ที่น่าสนใจโดยเฉพาะอย่างยิ่งพื้นฐานจุลินทรีย์ย่อยลิกโนเซลลูโลสในหนึ่งในหนูแคนาดาที่โดดเด่นที่สุดของช่องคลอด (ประเภทละหุ่ง) ยังไม่ได้รับรายงาน. บีเวอร์อเมริกาเหนือ canadensis ลูกล้อเป็นสมาชิกใหญ่เป็นอันดับสองของครอบครัวหนูและการจัดแสดงนิทรรศการ วิถีชีวิตกึ่งน้ำ [18] บีเว่อร์อย่างมีนัยสำคัญสามารถส่งผลกระทบระบบนิเวศโดยการเปลี่ยนการไหลของน้ำลำธารและ / หรือแม่น้ำ Beaver หาอาหารของพืชในท้องถิ่นนอกจากนี้ยังเป็นที่รู้จักกันที่จะมีผลกระทบต่อระบบนิเวศสืบทอดองค์ประกอบและโครงสร้างของสังคมพืชทำให้พวกเขาที่สำคัญสายพันธุ์หลักในระบบนิเวศชายฝั่ง [18] การรับประทานอาหารที่ช่องคลอดประกอบด้วยวู้ดดี้วัสดุจากพืช lignified เปลือกรากและพืชน้ำ บีเวอร์เป็นหมัก hindgut ครอบครอง ceacum ขยายที่การย่อยอาหารและการหมักวัสดุลิกโนเซลลูโลสที่เกิดขึ้น [19,20] หลักฐานของกิจกรรมภายในเซลลูเนื้อหา ceacal ได้รับการรายงานก่อนหน้านี้ แต่แหล่งที่มาของกิจกรรมนี้ยังไม่ได้รับการพิจารณา [19] ไม่ต้องสงสัยความสามารถของสัตว์ชนิดหนึ่งที่จะสลายลิกโนเซลลูโลสสามารถนำมาประกอบกับ microbiome ที่พบในทางเดินอาหาร แต่การแต่งหน้าของชุมชนนี้ยังไม่ได้รับการตรวจสอบ. การศึกษาครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อแก้ไขปัญหาโดยการกำหนดชุมชนแบคทีเรียและ archaeal ใน ceacum และ feaces ของ canadensis ละหุ่ง Illumina ลำดับของยีน 16S rRNA ใช้แบคทีเรียและ archaeal ไพรเมอร์ที่เฉพาะเจาะจงที่ถูกใช้ในการกำหนดองค์ประกอบของ microbiome แบคทีเรียและ archaeal ในแต่ละตัวอย่าง ceacum และ microbiome อุจจาระ 4 บีเว่อร์ (2 เพศชายและหญิง 2) ได้รับการตรวจสอบและการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างชุมชนระหว่างบุคคลและระหว่างภูมิภาคทางเดินอาหารได้รับการดำเนินการ