Production d’un catalogue des gènes du microbiote du rumen bovin : une surprenante diversité malgré la forte spécialisation dans la dégradation des végétaux

Les microorganismes qui colonisent le tube digestif, ou microbiote, ont une importance considérable  pour l’hôte. Le microbiote influence le métabolisme, protège contre les agents pathogènes et les toxines alimentaires, stimule le système immunitaire, favorise le développement des tissus du corps, influence le comportement, et joue un rôle nutritionnel fondamental.
Pour les ruminants, le microbiote présent dans le rumen permet la conversion en lait et viande de grande valeur nutritionnelle d’aliments non consommables par l’homme ou par d’autres animaux d’élevage, car non digestibles. Toutefois, la fermentation des aliments par les microorganismes du rumen,  est également responsable de la production de méthane et de déchets riches en azote.

L’objectif de ce travail était d’établir un catalogue des gènes procaryotes (c’est-à-dire des bactéries et des archées productrices de méthane) présents dans le rumen bovin. Ce recensement a été réalisé par une approche métagénomique, c’est-à-dire par le séquençage simultané à grande échelle des gènes des espèces microbiennes présentes.
Ce séquençage a permis d’identifier  13.825.880 gènes procaryotes non redondants. Ces données accroissent considérablement le nombre de gènes connus pour les microbes du rumen. Comparé aux catalogues de métagénomes de l'intestin humain, porcin ou de souris, le métagénome du rumen est notamment plus diversifié et plus riche en fonctions et en espèces microbiennes associées à la dégradation du matériel de la paroi cellulaire des plantes et à la production de méthane. Ce catalogue enrichit également l'ensemble des données disponibles sur les enzymes qui dégradent les glucides dans le rumen.
En utilisant un ensemble de données indépendantes provenant d'un groupe de 77 bovins nourris avec 4 régimes alimentaires communs, les chercheurs ont constaté que moins de 0,1 % des gènes étaient partagés par tous les animaux ? Ces résultats contrastent avec une redondance importante pour les autres fonctions, avec par exemple, 63 % de gènes communs pour les fonctions répertoriées dans  la base de données Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG).
 Le régime alimentaire induit des différences dans l'abondance relative des gènes plutôt que dans la présence ou l'absence de gènes, ce qui explique la grande capacité des bovins à s'adapter rapidement aux changements de régimes alimentaires.

Le catalogue produit à l’issue de ce travail constitue une ressource importante qui permet de mieux comprendre les  processus biologiques permettant la dégradation des aliments cellulosiques. Ce catalogue sera complété au fur et à mesure que de nouvelles données seront disponibles.