“ 2024年9月 BMC (BioMed Central)发表了一篇题为“Trait-based study predicts glycerol/diol dehydratases as a key function of the gut microbiota of hindgut-fermenting carnivores(Saccharum spontaneum)”的文章，文章将pdu 基因簇作为一种多功能性状与环境条件和微生物群落组成联系起来，发现利用甘油/1,2-PD 的能力是后肠发酵食肉动物的一项关键功能。”
微生物的pdu和cob-cbi-hem基因簇编码关键酶甘油/二醇脱水酶（PduCDE），该酶介导膳食营养素甘油和1,2-丙二醇（1,2-PD）向多种代谢产物的转化，并为钴胺素合成编码酶，钴胺素是微生物共同体的辅因子和共享物质。该文章确定了pdu和cob-cbi-hem的发生和多样性，并进行了体外发酵试验以测试基于性状的活性。
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实验设计和结果
为了调查携带pdu的微生物的出现和多样性，作者采用了一种非靶向方法，对代表不同饮食类型的25个粪便样本（17个食草动物，3个食肉动物，5个杂食动物）以及不同肠道生理（11个前肠发酵者和14个后肠发酵者）生成了宏基因组序列。通过鸟枪法测序得到的经过质量控制的读数被组装成contigs，随后用于构建宏基因组组装基因组（MAG）。总共构建了5040个MAG，其中4958个MAG被注释为属于细菌域的25个门。细菌的MAG被分组为4150个种级群落，从每个群落中选择具有最高Qscore的代表性MAG（rMAG）进行系统发育分析。在所有rMAG中，61.4%和20.0%分别被归类为Bacillota和Bacteroidota。归属于Verrucomicrobiota、Pseudomonadota和Actinomycetota的rMAG分别贡献了5.1%、4.5%和3.2%。共有1848个rMAG（44.5%）被认为是新种。这些rMAG属于18个门，主要是Bacillota（1094个）、Bacteroidota（362个）和Verrucomicrobiota（114个），与之前的研究相似，该研究发现野生和圈养的哺乳动物、鸟类、爬行动物和硬骨鱼的粪便菌群中有超过50%的新种，这表明生活在圈养环境中的野生动物是新微生物的有希望的来源
01. pduCDE基因的分布
pduCDE基因在所有动物样本中普遍存在，且肉食动物菌群中的丰度显著高于食草动物，这表明肉食动物具有更高的PduCDE活性潜力。此外，杂食动物和后肠发酵者的粪便菌群中pdu相关基因的丰度更高，暗示它们具有更高的产生Pdu途径最终代谢物的能力。这强调了饮食和肠道生理对动物粪便菌群功能性状和代谢潜力的重要影响。
02. 饮食与肠道生理对微生物多样性与功能基因的影响
虽然动物粪便微生物中pdu/cob-cbi-hem功能配置档的α多样性在不同饮食和肠道生理之间没有显著差异，但其β多样性与饮食和肠道生理显著相关。此外，尽管组成α多样性在动物的粪便微生物群落中并未反映出pdu/cob-cbi-hem的多样性，但后肠发酵的杂食动物和肉食动物中，由pdu/cbi-cob-hem编码的功能尤其相关。这表明，微生物群落的多样性并不预示着功能基因的丰富性，特别是在特定生理条件下。
03. 肠道发酵类型与饮食对微生物群落功能性状的影响
在对包括总短链脂肪酸（SCFAs）含量、基质消耗、代谢产物生成、绝对pduC基因丰度和α多样性指数等定量数据，以及饮食和肠道生理等定性数据进行的混合数据因子分析（FAMD）中，前两个主成分解释了54.9%的变异。分析结果显示，α多样性指数与食草动物和前肠发酵者来源的粪便微生物群落呈正相关，而与肉食动物、后肠发酵者和pduC基因丰度呈负相关。肉食动物菌群与基质利用和代谢产物浓度呈正相关，除了MF-12PD来源的丁酸生成外。甘油和1,2-PD的消耗与1,3-PD、丙酸和丙醇的生成呈正相关。这些结果再次强调了pduC基因丰度和Pdu相关活性更多是后肠发酵的肉食动物的特征，而非前肠发酵者/食草动物的特征。
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结论
该文章采用基于性状的方法确定了动物粪便样本中微生物群落的多样性与选择性功能之间的关系，并允许基于遗传和代谢生物标记预测动物粪便菌群的共同功能。研究结果表明，肠道生理和动物饮食影响肠道微生物组成及其利用甘油/1,2-PD和产生钴胺素的潜力。可以得出结论，pduC/pduCDE的丰度可以用作生物标记物，预测复杂微生物群落中借助Pdu活性对甘油或1,2-丙二醇的利用潜力
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