J o u r n a l o f R e s e a r c h i n B i o l o g y I d e n t i f i c a t i o n o f p r o k a r y o t i c o r g a n i s m s i n g o a t r u m e n b a s e d o n m e t a g e n o m i c D N A s e q u e n c e s K e y w o r d s : G o a t , r u m e n , m i c r o b e s , m e t a g e n o m e , E s c h e r i c h i a c o l i . A B S T R A C T : A p r o t o c o l f o r i s o l a t i n g p u r e D N A f r o m g o a t r u m i n a l f l u i d w a s d e v e l o p e d . D N A w a s p a r t i a l l y d i g e s t e d u s i n g A p o I e n z y m e s a n d l i g a t e d o n t o L a m b d a Z A P I I P r e d i g e s t e d E c o R l / C I A P - t r e a t e d v e c t o r t o m a k e a m e t a g e n o m i c D N A l i b r a r y . D N A s e q u e n c e a n a l y s e s s h o w e d t h a t p o s i t i v e c l o n e s c a r r i e d c o m p l e t e o r p a r t i a l s e q u e n c e s f o r s t r u c t u r a l g e n e s i n d i f f e r e n t s t r a i n s o f E s c h e r i c h i a c o l i . S e v e r a l c l o n e s d i d n o t s h a r e s i g n i f i c a n t s i m i l a r i t y w i t h n u c l e o t i d e i n t h e d a t a b a s e s . R e s e a r c h r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e p o p u l a t i o n o f p r o k a r y o t e s i n t h e g o a t r u m e n c o n t a i n e d E . c o l i , a n d p o s s i b l y o t h e r o r g a n i s m s t h a t h a v e n o t b e e n c h a r a c t e r i z e d . T h i s i s t h e f i r s t r e p o r t o f t h e u s e o f m o l e c u l a r a p p r o a c h e s t o c h a r a c t e r i z e m i c r o b i a l g e n e s o r o r g a n i s m s f r o m g o a t r u m e n s . 4 5 1 - 4 5 5 | J R B | 2 0 1 1 | V o l 1 | N o 6 © F i c u s P u b l i s h e r s . T h i s O p e n A c c e s s a r t i c l e i s g o v e r n e d b y t h e C r e a t i v e C o m m o n s A t t r i b u t i o n L i c e n s e ( h t t p : / / c r e a t i v e c o m m o n s . o r g / l i c e n s e s / b y / 2 . 0 ) , w h i c h g i v e s p e r m i s s i o n f o r u n r e s t r i c t e d u s e , n o n - c o m m e r c i a l , d i s t r i b u t i o n , a n d r e p r o d u c t i o n i n a l l m e d i u m , p r o v i d e d t h e o r i g i n a l w o r k i s p r o p e r l y c i t e d . S u b m i t Y o u r M a n u s c r i p t w w w . f i c u s p u b l i s h e r s . c o m w w w . j r e s e a r c h b i o l o g y . c o m J o u r n a l o f R e s e a r c h i n b i o l o g y A n I n t e r n a t i o n a l O p e n A c c e s s O n l i n e R e s e a r c h J o u r n a l A u t h o r s : J i n g Z h o u , B r i a n C o p e l a n d , C h e n g Z h a n g , Z o n g L i u , S a r a b j i t B h a t t i , R o g e r S a u v e , S u p i n g Z h o u . I n s t i t u t i o n : D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r a l S c i e n c e s , S c h o o l o f A g r i c u l t u r e a n d C o n s u m e r S c i e n c e s , T e n n e s s e e S t a t e U n i v e r s i t y , 3 5 0 0 J o h n A M e r r i t t B l v d , N a s h v i l l e , T N 3 7 2 0 9 . C h a r l e s L e e , U S D A - A R S , 8 0 0 B u c h a n a n S t . , A l b a n y , C A 9 4 7 1 0 . R y s z a r d P u c h a l a S c h o o l o f A g r i c u l t u r e a n d A p p l i e d S c i e n c e s , L a n g s t o n U n i v e r s i t y , L a n g s t o n , O K 7 3 0 5 0 . C o r r e s p o n d i n g a u t h o r : S u p i n g Z h o u E m a i l : s u p i n g @ t n s t a t e . e d u P h o n e N o : 6 1 5 9 6 3 2 1 4 6 . F a x : 6 1 5 - 9 6 3 1 5 5 7 . W e b A d d r e s s : h t t p : / / j r e s e a r c h b i o l o g y . c o m / D o c u m e n t s / R A 0 0 7 7 . p d f . D a t e s : R e c e i v e d : 0 6 A u g 2 0 1 1 / A c c e p t e d : 1 1 A u g 2 0 1 1 / P u b l i s h e d : 1 8 O c t 2 0 1 1 A r t i c l e C i t a t i o n : J i n g Z h o u , B r i a n C o p e l a n d , C h e n g Z h a n g , Z o n g L i u , S a r a b j i t B h a t t i , R o g e r S a u v e , S u p i n g Z h o u . I d e n t i f i c a t i o n o f p r o k a r y o t i c o r g a n i s m s i n g o a t r u m e n b a s e d o n m e t a g e n o m i c D N A s e q u e n c e s . J o u r n a l o f r e s e a r c h i n B i o l o g y ( 2 0 1 1 ) 6 : 4 5 1 - 4 5 5 J o u r n a l o f R e s e a r c h i n B i o l o g y A n I n t e r n a t i o n a l O n l i n e O p e n A c c e s s P u b l i c a t i o n g r o u p O r i g i n a l R e s e a r c h P a p e r

I N T R O D U C T I O N G o a t s a r e k n o w n f o r h a v i n g a n e x t r e m e l y v a r i e d d i e t ( S t o n e b e r g 1 9 8 9 ) . T h e s e a n i m a l s f e e d o n t h e t i p s o f w o o d y s h r u b s a n d t r e e s , l i g n o c e l l u l o s i c a g r i c u l t u r a l b y - p r o d u c t s s u c h a s c e r e a l s t r a w s a n d s t o v e r s . T h e r e h a v e b e e n c l a i m s t h a t t h e s e a n i m a l s c a n f e e d o n n e w s p a p e r s . S y m b i o n t m i c r o b e s i n t h e r u m e n o f t h e s e h e r b i v o r e s p l a y k e y r o l e s i n p r o v i d i n g t h e h o s t s w i t h v a r i o u s n u t r i e n t s ( H u n g a t e 1 9 6 6 ) . E n z y m e s s e c r e t e d b y r u m i n a l m i c r o b e s a r e n e e d e d f o r t h e c o n v e r s i o n o f c e l l u l o s e a n d h e m i - c e l l u l o s e i n t o s i m p l e s u g a r s . T h e s e s u g a r s s e r v e a s a s o u r c e o f e n e r g y f o r t h e s e a n i m a l s ( M i y a g i e t a l . 1 9 9 5 ) . R u m i n a n t s a l s o o b t a i n t h e m a j o r i t y o f t h e i r e s s e n t i a l n i t r o g e n n e e d s f r o m t h e m i c r o b i a l d e g r a d a t i o n o f d i e t a r y p r o t e i n w i t h i n t h e r u m e n ( B r o o k e r e t a l . 1 9 9 5 ) . M o r e o v e r , t h e m i c r o b i a l a c t i v i t y i s r e s p o n s i b l e f o r d e t o x i f i c a t i o n a n d s y n t h e s i s o f e s s e n t i a l s u b s t a n c e s f o r t h e h o s t a n i m a l s ( W r o b l e w s k i e t a l . 2 0 0 1 ; B a s e t a l . 2 0 0 3 ; K r o n b e r g e t a l . 2 0 0 6 ) . T h e c o m p o s i t i o n o f t h e m i c r o b i a l p o p u l a t i o n d i f f e r s w i t h g o a t s p e c i e s a s w e l l a s w i t h t h e i r f o o d ( S h i e t a l . , 2 0 0 8 ) . A n a l y s i s o f m i c r o o r g a n i s m s i n t h e r u m i n a l f l u i d o f d i f f e r e n t h e r b i v o r e s r e v e a l e d t h e p r e s e n c e o f b a c t e r i a ( 1 0 1 0 1 0 1 1 c e l l s / m l , r e p r e s e n t i n g m o r e t h a n 5 0 g e n e r a ) , c i l i a t e p r o t o z o a ( 1 0 4 1 0 6 / m l , f r o m 2 5 g e n e r a ) , a n a e r o b i c f u n g i ( 1 0 3 1 0 5 z o o s p o r e s / m l , r e p r e s e n t i n g f i v e g e n e r a ) a n d b a c t e r i o p h a g e s ( 1 0 8 1 0 9 / m l ) ( H o b s o n , 1 9 8 9 ; S a j i a d e t a l . 2 0 0 8 ) . T h e s e n u m b e r s s h o w o n l y a s m a l l f r a c t i o n o f t h e m i c r o b i a l s p e c i e s f o u n d i n r u m e n s o f a n i m a l s o n f i b e r b a s e d d i e t s s i n c e l e s s t h a n 1 0 - 2 0 % o f m i c r o b i a l p o p u l a t i o n s t h e s e m i c r o b e s a r e c u l t i v a b l e o n s y n t h e t i c m e d i a ( A m m a n e t a l . 1 9 9 2 ; M c S w e e n e y e t a l . 1 9 9 9 ) . A r e c e n t l y d e v e l o p e d m o l e c u l a r a p p r o a c h t o o b t a i n m i c r o b i a l g e n e s i n a m i c r o e n v i r o n m e n t a l l o w s f o r t h e i d e n t i f i c a t i o n o f t h e e n t i r e g e n o m e p r e s e n t . T h i s m e t h o d i n v o l v e s c l o n i n g g e n o m i c m a t e r i a l s i n t o b a c t e r i a l c h r o m o s o m e ( B A C ) , o r p l a s m i d c l o n i n g v e c t o r s h o s t e d i n a c u l t i v a b l e b a c t e r i u m s u c h a s E s c h e r i c h i a c o l i ( B r a d y e t a l . , 2 0 0 4 ; R h e e e t a l . , 2 0 0 5 ) . S u b s e q u e n t f u n c t i o n a l s c r e e n i n g o f t h i s c u l t i v a b l e b a c t e r i u m h a s r e s u l t e d i n t h e i s o l a t i o n o f t a r g e t g e n e s e n c o d i n g f o r t h e a n t i b i o t i c t u r b o m y c i n ( G i l l e s p i e e t a l . 2 0 0 2 ) , o r t h e e n z y m e x y l a n a s e ( x y n 8 ) ( L e e e t a l . 2 0 0 2 ) a n d n o v e l l i p a s e s ( L e e e t a l . 2 0 0 6 ) a n d f o r a g e s p e c i f i c g l y c o s i d e h y d r o l a s e s i n t h e b o v i n e r u m e n m i c r o b i o m e ( B r u l c a e t a l . , 2 0 0 9 ) a n d m a n y o t h e r s . M o r e o v e r , i n d i v i d u a l o r g a n i s m s c a n b e i d e n t i f i e d f r o m a m i x e d p o p u l a t i o n c o m m u n i t i e s b a s e d o n D N A s e g m e n t s o f t h e b u l k m e t a g e n o m i c D N A s e q u e n c e s , s u c h a s t h e v i r u s s t r a i n r e s p o n s i b l e f o r H o n e y B e e C o l o n y C o l l a p s e d i s o r d e r ( C o x - F o s t e r e t a l . , 2 0 0 7 ) , t h e v i r u s f o r s e v e r a l h u m a n d i s e a s e s ( V i c t o r i a e t a l . , 2 0 0 9 ) a n d o t h e r p a t h o g e n i c o r g a n i s m ( N a k a m u r a e t a l . , 2 0 0 8 ) . D N A s e q u e n c e s i n a m e t a g e n o m i c D N A l i b r a r y c a n r e v e a l t h e g e n e t i c d i v e r s i t y u n d e r v a r i o u s e n v i r o n m e n t s ( B i d d l e e t a l . 2 0 0 8 ; W o y k e e t a l . 2 0 0 6 ) . T h e m e t a g e n o m e m e t h o d p r o v i d e s t h e i n v e s t i g a t o r w i t h t h e g l o b a l m i c r o b i a l g e n e p o o l w i t h o u t t h e n e e d t o c u l t u r e t h e s e m i c r o o r g a n i s m s ( Y u n e t a l . , 2 0 0 4 ) . T h i s m e t h o d h a s b e e n w i d e l y u s e d t o m a p m i c r o b i o m e s i n r u m i n a n t s s u c h a s t h e c o w ( M o r r i s o n e t a l . 2 0 0 5 ) . F o r t h i s s t u d y , a m e t a g e n o m i c D N A l i b r a r y w a s c o n s t r u c t e d u s i n g t h e p r o k a r y o t i c g e n o m i c D N A f r o m g o a t s r u m i n a l f l u i d . B a s e d o n s e q u e n c e a n a l y s e s o f c l o n e d D N A f r a g m e n t s , g e n e i d e n t i t i e s a n d t h e c l a s s i f i c a t i o n o f m i c r o b e s p r e s e n t w e r e p r e d i c t e d . T h e d e t e r m i n a t i o n o f m i c r o b i a l p o p u l a t i o n s i n h a b i t i n g g o a t r u m e n s i s v e r y i m p o r t a n t f o r u n d e r s t a n d i n g n u t r i e n t a b s o r p t i o n f r o m h i g h - f i b e r d i e t s a n d c o n s e q u e n t l y e n h a n c i n g p r o d u c t i v i t y o f s u c h a n i m a l s ( O n o d e r a e t a l . 1 9 9 8 ; S a j i a d e t a l . 2 0 0 8 ) . M A T E R I A L S A N D M E T H O D S C o l l e c t i o n o f g o a t r u m i n a l f l u i d E i g h t m a t u r e g o a t s w e r e r u m i n a l l y c a n n u l a t e d f o l l o w i n g t h e p r o c e d u r e d e v e l o p e d b y t h e A m e r i c a n I n s t i t u t e f o r G o a t R e s e a r c h . A f t e r r e c o v e r y f r o m t h e s u r g e r y , t h e s e g o a t s w e r e f e d a d i e t t h a t c o n s i s t e d o f f i b e r s u p p l e m e n t e d w i t h m i n e r a l s a n d v i t a m i n s . G o a t s w e r e f e d a t 0 9 0 0 h a n d w e r e g i v e n f r e e a c c e s s t o w a t e r . A f t e r b e i n g o n t h i s d i e t f o r 1 4 d a y s , c o l l e c t i o n o f r u m i n a l f l u i d s a m p l e s w e r e i n i t i a t e d . S a m p l e s w e r e c o l l e c t e d a t 4 , 6 , 8 a n d 1 0 h a f t e r f e e d i n g f o r 4 d a y s . T h e s e s a m p l e s w e r e p o o l e d b e f o r e D N A e x t r a c t i o n . I s o l a t i o n o f m e t a g e n o m i c D N A T h e r u m i n a l f l u i d c o m p o s i t e s a m p l e w a s c e n t r i f u g e d a t 1 3 , 0 0 0 r p m f o r 1 0 m i n . A f t e r d i s c a r d i n g t h e s u p e r n a t a n t , p e l l e t w a s u s e d t o e x t r a c t b a c t e r i a l a n d p r o k a r y o t i c m i c r o b i a l D N A u s i n g t h e C L S - T C b u f f e r i n F a s t D N A S p i n K i t ( C a t # 6 5 4 0 - 6 0 0 , M P B i o m e d i c a l s , L L C , S o l o n , O h i o ) . E x t r a c t e d D N A w a s f u r t h e r p u r i f i e d u t i l i z i n g G e n e c l e a n K i t ( M P B i o m e d i c a l s ) . P a r t i a l d i g e s t i o n o f p u r i f i e d g e n o m i c D N A w a s c a r r i e d o u t a t 5 0 o C f o r 5 0 m i n w i t h F a s t D i g e s t A p o I ( F e r m e n t a s , M a r y l a n d ) . D i g e s t i o n p r o d u c t s w e r e s e p a r a t e d i n 0 . 8 % a g a r o s e g e l s . B a n d s 4 5 2 J o u r n a l o f R e s e a r c h i n B i o l o g y ( 2 0 1 1 ) 6 : 4 5 1 - 4 5 5 Z h o u e t a l . , 2 0 1 1

b e t w e e n 4 - 1 0 k b a n d t h o s e > 1 0 k B , < 4 k b w e r e s e p a r a t e l y c o l l e c t e d f r o m t h e g e l . D N A w a s r e c o v e r e d f r o m g e l s l i c e s u s i n g Q i a g e n G e l E x t r a c t i o n K i t ( Q i a g e n S c i e n c e s , M a r y l a n d ) . C o n s t r u c t i o n o f m e t a g e n o m i c l i b r a r y T h e r e c o v e r e d D N A w a s l i g a t e d o n t o L a m b d a Z A P I I P r e d i g e s t e d E c o R l / C I A P - t r e a t e d V e c t o r a n d p a c k a g e d i n t o t h e G i g a p a c k I I I G o l d P a c k a g i n g E x t r a c t s ( S t r a t a g e n e , C A ) . T i t e r i n g o f t h e p a c k a g i n g r e a c t i o n w a s o n N Z Y a g a r p l a t e s . T h e b a c k g r o u n d o f t h e g e n o m i c D N A l i b r a r y w a s d e t e r m i n e d b y t h e B l u e a n d W h i t e c o l o r s e l e c t i o n m e t h o d o n N Z Y p l a t e s s u p p l e m e n t e d w i t h 3 . 8 m M I P T G ( i s o p r o p y l β - D - 1 - t h i o g a l a c t o p y r a n o s i d e ) a n d 5 0 m g / m l f i n a l c o n c e n t r a t i o n X - g a l ( b r o m o - c h l o r o - i n d o l y l - g a l a c t o p y r a n o s i d e ) , b o t h c h e m i c a l s w e r e o b t a i n e d f r o m S i g m a ( M i s s o u r i , U S A ) . T h e c o l o r o f b a c k g r o u n d p l a q u e s w a s b l u e , w h i l e r e c o m b i n a n t p l a q u e s w e r e w h i t e . T h e w h i t e p l a q u e s w e r e r a n d o m l y s e l e c t e d f o r s i n g l e c l o n e e x c i s i o n t o i s o l a t e t h e p h a g e m i d ( p B l u e s c r i p t S K - ) . I d e n t i f i c a t i o n o f g e n e s a n d m i c r o b i a l s p e c i e s S i n g l e s t r a n d e d D N A w e r e r e c o v e r e d , p r o c e s s e d a n d s e q u e n c e d u s i n g M 1 3 f o r w a r d ( - 2 0 ) a n d M 1 3 r e v e r s e ( 2 0 m e r ) p r i m e r s f r o m b o t h d i r e c t i o n s u s i n g t h e B i g d y e T e r m i n a t o r v e r s i o n 3 o n a A v a n t 3 1 0 0 D N A A n a l y z e r ( A p p l i e d B i o s y s t e m s , C A ) f o l l o w i n g a p r e v i o u s l y d e s c r i b e d p r o c e d u r e ( Z h o u e t a l . 2 0 0 6 ) . T h e i d e n t i t y o f c l o n e d g e n e f r a g m e n t s w e r e d e t e r m i n e d b y B L A S T i n g a g a i n s t N C B I n u c l e o t i d e d a t a b a s e , ( o t h e r s e x c l u d i n g h u m a n a n d m o u s e d a t a b a s e s . I n a d d i t i o n , D N A s e q u e n c e s w e r e a l s o t r a n s l a t e d i n t o p r o t e i n u s i n g t h e w e b - b a s e d t r a n s l a t i o n t o o l ( h t t p : / / w w w . e x p a s y . c h / t o o l s / d n a . h t m l ) . L o n g e s t p e p t i d e s e q u e n c e s w e r e s e a r c h e d f o r c o n s e r v e d d o m a i n s a n d p r o t e i n i d e n t i t i e s ( M a r c h l e r - B a u e r e t a l . , 2 0 0 4 , 2 0 0 9 ) . A l l c l o n e s w e r e s u b m i t t e d t o t h e N C B I d a t a b a n k a t h t t p : / / w w w . n c b i . n l m . n i h . g o v . R E S U L T S A N D D I S C U S S I O N S T h e f o l l o w i n g c l o n e s c o n t a i n e d f u l l - l e n g t h s e q u e n c e s t h a t e n c o d e f o r s t r u c t u r a l g e n e s i n E . c o l i : G Q 3 4 3 3 1 1 f o r L - a r a b i n o s e i s o m e r a s e i n E . c o l i s t r . K 1 2 s u b s t r a i n ; W 3 1 1 0 . G Q 3 4 3 3 1 2 f o r t y r a m i n e o x i d a s e , c o p p e r - r e q u i r i n g i n E . c o l i B L 2 1 ( D E 3 ) ; G Q 3 4 3 3 1 3 f o r d e h y d r o g e n a s e i n E . c o l i ; B W 2 9 5 2 a n d o t h e r s t r a i n s ; G Q 3 4 3 3 1 4 f o r c y s t e i n e s y n t h a s e B ( O - a c e t y l s e r i n e s u l f h y d r o l a s e B ) i n E . c o l i B W 2 9 5 2 ; G Q 3 4 3 3 0 9 f o r a c o n s e r v e d p r o t e i n i n E c o l i B W 2 9 5 2 ; G Q 3 4 3 3 1 5 f o r c i t r a t e l y a s e , c i t r a t e - A C P t r a n s f e r a s e ( a l p h a ) s u b u n i t i n E . c o l i B W 2 9 5 2 ; G Q 3 4 3 3 1 6 f o r t R N A ( I l e ) - l y s i d i n e s y n t h e t a s e i n E . c o l i B W 2 9 5 2 ; G Q 3 4 3 3 1 7 f o r a p r e d i c t e d l a c t a m u t i l i z a t i o n p r o t e i n i n E . c o l i B W 2 9 5 2 ; G Q 3 4 3 3 1 8 f o r f u s e d D N A - b i n d i n g t r a n s c r i p t i o n a l r e g u l a t o r / p r o l i n e d e h y d r o g e n a s e i n E . c o l i B W 2 9 5 2 ; G Q 3 4 3 3 1 9 f o r C p n 6 0 c h a p e r o n i n G r o E L , l a r g e s u b u n i t o f G r o E S L i n E . c o l i B W 2 9 5 2 ; G Q 3 4 3 3 2 0 f o r g l y c e r a l d e h y d e - 3 - p h o s p h a t e d e h y d r o g e n a s e C ( p s e u d o g e n e ) i n E . c o l i s t r . K 1 2 s u b s t r a i n D H 1 0 B ; G Q 3 4 3 3 2 1 f o r p r e d i c t e d m e t h y l t r a n s f e r a s e i n E . c o l i B L 2 1 ( D E 3 ) ; G Q 3 4 3 3 2 4 f o r C y t o c h r o m e b i n E . c o l i ; G Q 3 4 3 3 2 6 f o r f u s e d p r e d i c t e d t r a n s p o r t e r s u b u n i t s o f A B C s u p e r f a m i l y i n E . c o l i B L 2 1 ( D E 3 ) ; G Q 3 4 3 3 2 7 f o r p r o t e i n a s s o c i a t e d w i t h r e p l i c a t i o n f o r k i n E . c o l i B W 2 9 5 2 ; G Q 3 4 3 3 2 8 f o r f e r r o c h e l a t a s e a c e t y l e s t e r a s e i n E . c o l i B W 2 9 5 2 ; G Q 3 4 3 3 2 9 f o r t h e p r e d i c t e d p y r u v a t e f o r m a t e l y a s e i n E . c o l i B W 2 9 5 2 ; G Q 3 4 3 3 3 1 f o r D - a l a n y l - D - a l a n i n e c a r b o x y p e p t i d a s e i n E . c o l i B W 2 9 5 2 ; G Q 3 4 3 3 3 2 f o r f u s e d r i b o n u c l e a s e E : e n d o r i b o n u c l e a s e / R N A - b i n d i n g p r o t e i n i n E . c o l i B L 2 1 ( D E 3 ) ; a n d G Q 3 4 3 3 3 3 f o r p e r i p l a s m i c s e n s o r y p r o t e i n a s s o c i a t e d w i t h t h e T o r R S t w o - c o m p o n e n t r e g u l a t o r y s y s t e m i n E . c o l i O 1 5 7 : H 7 s t r a i n T W 1 4 3 5 9 . D e h o r i t y a n d G r u b b ( 1 9 7 7 ) i s o l a t e d 4 4 d i f f e r e n t b a c t e r i a l s t r a i n s f r o m t h e r u m e n c o n t e n t s o f g o a t s . T h e s e s t r a i n s w e r e g r o u p e d b a s e d o n t h e i r m o r p h o l o g y , G r a m s t a i n r e a c t i o n , a n a e r o b i o s i s , m o t i l i t y , f e r m e n t a t i o n e n d p r o d u c t s , a n d 1 6 S r i b o s o m a l D N A - r e s t r i c t i o n f r a g m e n t l e n g t h p o l y m o r p h i s m a n a l y s i s . M e m b e r s o f E . c o l i s t r a i n s a r e p h e n o t y p i c a l l y d i v e r s e b u t h a v e s i m i l a r c h r o m o s o m a l o r g a n i z a t i o n s ( W e l c h e t a l . 2 0 0 2 ) . B a c t e r i a l c l o n e s i d e n t i f i e d i n t h i s s t u d y w e r e ( 9 9 - 1 0 0 % ) i d e n t i c a l t o t h e D N A s e q u e n c e s r e p o r t e d i n t h e d a t a b a s e . T h i s s u g g e s t s t h a t t h e s e s e q u e n c e s w e r e c l o n e d f r o m E . c o l i s t r a i n s p r e s e n t i n g o a t s r u m i n a l f l u i d . I n r u m e n s o f d i f f e r e n t h e r b i v o r e s , b a c t e r o i d s ( o b l i g a t e a n a e r o b i c o r g a n i s m s ) a r e r e s p o n s i b l e f o r t h e d e g r a d a t i o n o f c e l l u l o s i c p o l y s a c c h a r i d e s f r o m p l a n t s o u r c e s ( R a m i r e z a n d D i x o n , 2 0 0 3 ; F r a n k l u n d G l a s s , 1 9 8 7 ) . T h e s e o r g a n i s m s c o u l d p l a y a s i m i l a r r o l e i n g o a t s . I n t h i s s t u d y , s e v e r a l c l o n e s h a d n o s i g n i f i c a n t s i m i l a r i t y w h e n s e a r c h e d i n t h e D N A d a t a b a s e . H o w e v e r o n e o f t h e s i x f r a m e t r a n s l a t i o n - p r e d i c t e d p e p t i d e s e q u e n c e f r o m o n e c l o n e m a t c h e d a f r a g m e n t o f a g l u c a n a s e h o m o l o g s f r o m b a c t e r o i d s , s u g g e s t i n g t h a t c e l l u l o s i c m i c r o b e s a r e p r e s e n t i n g i n g o a t r u m e n . O t h e r c l o n e s h a d n o J o u r n a l o f R e s e a r c h i n B i o l o g y ( 2 0 1 1 ) 6 : 4 5 1 - 4 5 5 4 5 3 Z h o u e t a l . , 2 0 1 1

m a t c h i n g s e q u e n c e s ( a t n e i t h e r p e p t i d e n o r D N A l e v e l ) , t h e s e c l o n e s c o u l d b e g e n o m i c s e q u e n c e s f r o m o r g a n i s m s t h a t h a v e n o t b e e n c h a r a c t e r i z e d p r e v i o u s l y . T h e s e c l o n e s w i l l b e d e p o s i t e d i n t h e d a t a b a s e a f t e r t h e f u l l - l e n g t h g e n e s e q u e n c e s b e c o m e a v a i l a b l e . C O N C L U S I O N G e n e s e q u e n c e s t h a t e n c o d e f o r s t r u c t u r a l a n d f u n c t i o n a l p r o t e i n s h a v e b e e n i d e n t i f i e d i n t h e g o a t r u m e n . T h i s s t u d y p r o v i d e s m o l e c u l a r e v i d e n c e f o r t h e p r e s e n c e o f m i c r o b i a l o r g a n i s m s t h a t h a v e n o t p r e v i o u s l y b e e n o b s e r v e d i n t h e g o a t r u m e n a n d d e m o n s t r a t e s t h a t f u n c t i o n a l g e n e s c a n b e c l o n e d d i r e c t l y f r o m b u l k y D N A e x t r a c t s f r o m g o a t r u m i n a l f l u i d . A C K N O W L E D G E M E N T T h i s r e s e a r c h w a s f i n a n c i a l l y s u p p o r t e d b y N a t i o n a l I n s t i t u t e o f F o o d a n d A g r i c u l t u r e , C a p a c i t y B u i l d i n g R e s e a r c h G r a n t A w a r d N o . 2 0 1 0 - 3 8 8 2 1 - 2 1 5 9 8 , a n d E v a n A l l e n s f u n d s f r o m t h e U n i t e d S t a t e s D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r e . T h e a u t h o r s w i s h t o t h a n k D r . J o h n s o n T e r r a c e f o r a s s i s t a n c e i n c o n d u c t i n g t h e r e s e a r c h . R E F E R E N C E S A m a n n R I , L i n C , K e y R , M o n t g o m e r y L , S t a h l D A . 1 9 9 2 . D i v e r s i t y a m o n g F i b r o b a c t e r i s o l a t e s : t o w a r d s a p h y l o g e n e t i c c l a s s i f i c a t i o n . S y s t A p p l M i c r o b i o l . , 1 5 : 2 3 - 3 1 . B A S P , A r c h i m e n d e H , R o u z e a u a , S a u v a n t D . 2 0 0 3 . F a t t y a c i d c o m p o s i t i o n o f m i x e d - r u m e n b a c t e r i a : E f f e c t o f c o n c e n t r a t i o n a n d t y p e o f f o r a g e . J D a i r y S c i . , 8 6 : 2 9 4 0 - 2 9 4 8 . B i d d l e J F , F i t z - G i b b o n S , S c h u s t e r S C , B r e n c h l e y J E , H o u s e C H . 2 0 0 8 . M e t a g e n o m i c s i g n a t u r e s o f t h e P e r u M a r g i n s u b s e a f l o o r b i o s p h e r e s h o w a g e n e t i c a l l y d i s t i n c t e n v i r o n m e n t . P N A S 1 0 5 : 1 0 5 8 3 - 1 0 5 8 8 . B r a d y S , C h a o C , C l a r d y J . 2 0 0 4 . L o n g - c h a i n N - a c y l t y r o s i n e s y n t h a s e s f r o m e n v i r o n m e n t a l D N A . A p p l E n v i r o n M i c r o b i o l . , 7 0 : 6 8 6 5 - 6 8 7 0 . B r o o k e r J D , L u m D K , M i l l e r S , S k e n e I , O ' D o n o v a n L . 1 9 9 5 . R u m e n m i c r o o r g a n i s m s a s p r o v i d e r s o f h i g h q u a l i t y p r o t e i n . L i v e s t o c k R e s e a r c h f o r R u r a l D e v e l o p m e n t . O n - l i n e a c c e s s 0 9 - 0 9 - 2 0 0 9 : h t t p : / / w w w . l r r d . o r g / l r r d 6 / 3 / 1 . h t m . B r u l c a J M , A n t o n o p o u l o s b D A , M i l l e r a M E B . 2 0 0 9 . G e n e - c e n t r i c m e t a g e n o m i c s o f t h e f i b e r - a d h e r e n t b o v i n e r u m e n m i c r o b i o m e r e v e a l s f o r a g e s p e c i f i c g l y c o s i d e h y d r o l a s e s . P N A S 1 0 6 : 1 9 4 8 - 1 9 5 3 . C o x - F o s t e r D L , C o n l a n S , H o l m e s E C . 2 0 0 7 A m e t a g e n o m i c s u r v e y o f m i c r o b e s i n h o n e y b e e c o l o n y c o l l a p s e d i s o r d e r . S c i e n c e 3 1 8 : 2 8 3 - 2 8 7 . D e h o r i t y B A , G r u b b J A . 1 9 7 7 . C h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e p r e d o m i n a n t b a c t e r i a o c c u r r i n g i n t h e r u m e n o f g o a t s ( C a p r a h i r c u s ) . A p p l E n v i r o n M i c r o b i o l . , 3 3 : 1 0 3 0 - 1 0 3 6 . F r a n k l u n d C V , G l a s s T L . 1 9 8 7 . G l u c o s e u p t a k e b y t h e c e l l u l o l y t i c r u m i n a l a n a e r o b e B a c t e r o i d e s s u c c i n o g e n e s . J B a c t e r i o l 1 6 9 : 5 0 0 - 5 0 6 . G i l l e s p i e D E , B r a d y S F , B e t t e r m a n n A D , C i a n c i o t t o N P , L i l e s M R , R o n d o n M R , C l a r d y J , G o o d m a n R M , H a n d e l s m a n J . 2 0 0 2 . I s o l a t i o n o f a n t i b i o t i c s t u r b o m y c i n A a n d B f r o m a m e t a g e n o m i c l i b r a r y o f s o i l m i c r o b i a l D N A . A p p l E n v i r o n M i c r o b i o l . , 6 8 : 4 3 0 1 - 4 3 0 6 . H u n g a t e R E . 1 9 6 6 . T h e r u m e n a n d i t s m i c r o b e s . A c a d e m i c P r e s s , N e w Y o r k . H o b s o n P N . 1 9 8 9 . T h e R u m e n M i c r o b i a l E c o - s y s t e m . E l s e v i e r A p p l i e d S c i e n c e , L o n d o n . K r o n b e r g S L , H a l a w e i s h F T , H u b e r t M B , W e i m e r P J . 2 0 0 6 . I n t e r a c t i o n s b e t w e e n e u p h o r b i a e s u l a t o x i n s a n d b o v i n e r u m i n a l m i c r o b e s . J C h e m E c o l o g y 3 2 : 1 5 - 2 8 . L e e C C , K i b b l e w h i t e - A c c i n e l l i R E , W a g s c h a l K , R o b e r t s o n G H , W o n g D W S . 2 0 0 6 . C l o n i n g a n d c h a r a c t e r i z a t i o n o f a c o l d - a c t i v e x y l a n a s e e n z y m e f r o m a n e n v i r o n m e n t a l D N A l i b r a r y . E x t r e m o p h i l e s 1 0 : 2 9 5 - 3 0 0 . L e e M H , L e e C H , O h T K , S o n g J K , Y o o n J H . 2 0 0 6 . I s o l a t i o n a n d c h a r a c t e r i z a t i o n o f a n o v e l l i p a s e f r o m a m e t a g e n o m i c l i b r a r y o f t i d a l f l a t s e d i m e n t s : e v i d e n c e f o r a n e w f a m i l y o f b a c t e r i a l l i p a s e s . A p p l E n v i r o n M i c r o b i o l . , 7 2 : 7 4 0 6 - 7 4 0 9 . M a r c h l e r - B a u e r A , B r y a n t S H . 2 0 0 4 . C D - S e a r c h : p r o t e i n d o m a i n a n n o t a t i o n s o n t h e f l y . N u c l e i c A c i d s R e s . 1 : 3 2 ( W e b S e r v e r i s s u e ) : W 3 2 7 - 3 1 . 4 5 4 J o u r n a l o f R e s e a r c h i n B i o l o g y ( 2 0 1 1 ) 6 : 4 5 1 - 4 5 5 Z h o u e t a l . , 2 0 1 1

M a r c h l e r - B a u e r A , A n d e r s o n J B , C h i t s a z F , D e r b y s h i r e M K . 2 0 0 9 . C D D : s p e c i f i c f u n c t i o n a l a n n o t a t i o n w i t h t h e C o n s e r v e d D o m a i n D a t a b a s e . N u c l e i c A c i d s R e s 3 7 ( D a t a b a s e i s s u e ) : D 2 0 5 - 1 0 . M c S w e e n e y C S , D a l r y m p l e B P , G o b i u s P M , K e n n e d y P M , K r a u s e D O , M a c k i e R I , X u e G P . 1 9 9 9 . T h e a p p l i c a t i o n o f r u m e n b i o t e c h n o l o g y t o i m p r o v e t h e n u t r i t i v e v a l u e o f f i b r o u s f e e d s t u f f s : p r e a n d p o s t - i n g e s t i o n . L i v P r o d S c i . , 5 9 : 2 6 5 - 2 8 3 . M i y a g i T , K a n e i c h i K , A m i n o v R i m K o b a y a s h i Y , S a k k a K , H o s h i n o S , O h m i y a K . 1 9 9 5 . E n u m e r a t i o n o f t r a n s c o n j u g a t e d R u m i n o c o c c u s a l b u s a n d i t s s u r v i v a l i n t h e g o a t r u m e n m i c r o c o s m . A p p l E n v i r o n M i c r o b i o l . , 6 1 : 2 0 3 0 - 2 0 3 2 . M o r r i s o n M , A d a m s S E , N e l s o n K E , A t t w o o d G T . 2 0 0 5 . M e t a g e n o m i c a n a l y s i s o f t h e m i c r o b i o m e s i n r u m i n a n t s a n d o t h e r h e r b i v o r e s . I n H a r i n d e r P . S . M a k k a r a n d C h r i s t o p h e r S . M c S w e e n e y E d . M e t h o d s i n G u t M i c r o b i a l E c o l o g y f o r R u m i n a n t s S p r i n g e r N e t h e r l a n d s . 2 0 9 - 2 2 0 . N a k a m u r a S , M a e d a N , M i r o n I M . 2 0 0 8 . M e t a g e n o m i c d i a g n o s i s o f b a c t e r i a l i n f e c t i o n s . E m e r g I n f e c t D i s . , 1 4 : 1 7 8 4 - 1 7 8 6 . O n o d e r a R , M u r a k a m i K , O g a w a K . 1 9 9 8 . C e l l u l o s e - d e g r a d i n g e n z y m e a c t i v i t i e s o f m i x e d r u m e n c i l i a t e p r o t o z o a f r o m g o a t s . A g r i . B i o l . C h e m . , 5 2 : 2 6 3 9 - 2 6 4 0 . R a m i r e z R F , D i x o n B A . 2 0 0 3 . E n z y m e p r o d u c t i o n b y o b l i g a t e i n t e s t i n a l a n a e r o b i c b a c t e r i a i s o l a t e d f r o m o s c a r s ( A s t r o n o t u s o c e l l a t u s ) , a n g e l f i s h ( P t e r o p h y l l u m s c a l a r e ) a n d s o u t h e r n f l o u n d e r ( P a r a l i c h t h y s l e t h o s t i g m a ) . A q u a c u l t u r e 2 2 7 : 4 1 7 - 4 2 6 . R h e e J K , A h n D G , K i m Y G , O h J W . 2 0 0 5 . N e w t h e r m o p h i l i c a n d t h e r m o s t a b l e e s t e r a s e w i t h s e q u e n c e s i m i l a r i t y t o t h e h o r m o n e - s e n s i t i v e l i p a s e f a m i l y , c l o n e d f r o m a m e t a g e n o m i c l i b r a r y . A p p l E n v i r o n M i c r o b i o l . , 7 1 : 8 1 7 - 8 2 5 . S a j j a d M , A n d r a b i S M H , A k h t e r S , A f z a l M . 2 0 0 8 . A p p l i c a t i o n o f b i o t e c h n o l o g y t o i m p r o v e p o s t - i n g e s t i o n f o r a g e q u a l i t y i n t h e r u m e n . P a k i s t a n J N u t r . , 7 : 7 0 - 7 4 . S h i P J , M e n g K , Z h o u Z G , W a n g Y R , D i a o Q Y , Y a o B . 2 0 0 8 . T h e h o s t s p e c i e s a f f e c t s t h e m i c r o b i a l c o m m u n i t y i n t h e g o a t r u m e n . L e t t A p p l M i c r o b i o l . , 4 6 : 1 3 2 - 1 3 5 . S t o n e b e r g S . 1 9 8 9 . G o a t s m a k e c e n t s o u t o f t h e s c o u r g e o f l e a f y s p u r g e . R a n g e l a n d s 1 1 : 2 6 4 - 2 6 5 . V i c t o r i a J G , K a p o o r A , L i L , B l i n k o v a O , S l i k a s B , W a n g C , N a e e m A , Z a i d i S , D e l w a r t E . 2 0 0 9 . M e t a g e n o m i c a n a l y s e s o f v i r u s e s i n s t o o l s a m p l e s f r o m c h i l d r e n w i t h a c u t e f l a c c i d p a r a l y s i s . J V i r o l . , 8 3 : 4 6 4 2 - 4 6 5 1 . W e l c h R A , B u r l a n d V , P l u n k e t t G , R e d f o r d P . 2 0 0 2 . E x t e n s i v e m o s a i c s t r u c t u r e r e v e a l e d b y t h e c o m p l e t e g e n o m e s e q u e n c e o f u r o p a t h o g e n i c E s c h e r i c h i a c o l i . P r o c N a t l A c a d S c i U S A 9 9 : 1 7 0 2 0 - 1 7 0 2 4 . W o y k e T , T e e l i n g H , I v a n o v a N N . 2 0 0 6 . S y m b i o s i s i n s i g h t s t h r o u g h m e t a g e n o m i c a n a l y s i s o f a m i c r o b i a l c o n s o r t i u m . N a t u r e 4 4 3 : 9 5 0 - 9 5 5 . W r o b l e w s k i K , M u h a n d i r a m R , C h a k r a b a r t t y A , B e n n i c k A . 2 0 0 1 . T h e m o l e c u l a r i n t e r a c t i o n o f h u m a n s a l i v a r y h i s t a t i n s w i t h p h e n o l i c c o m p o u n d s . E u r J B i o c h e m . , 2 6 8 : 4 3 8 4 - 4 3 9 7 . Y u n J , K a n g S , P a r k S , Y o o n H , K i m M J , H e u S , R y u S . 2 0 0 4 . C h a r a c t e r i z a t i o n o f a n o v e l a m y l o l y t i c e n z y m e e n c o d e d b y a g e n e f r o m a s o i l - d e r i v e d m e t a g e n o m i c l i b r a r y . A p p l E n v i r o n M i c r o b i o l . , 7 0 : 7 2 2 9 - 7 2 3 5 . Z h o u S , C h e n F C , N a h a s h o n S . 2 0 0 6 . C l o n i n g a n d c h a r a c t e r i z a t i o n o f g l y c o l a t e o x i d a s e a n d N A D H - d e p e n d e n t h y d r o p y r u v a t e r e d u c t a s e g e n e s i n P a c h y s a n d r a t e r m i n a l s . H o r t s c i e n c e 1 3 2 : 1 - 5 . J o u r n a l o f R e s e a r c h i n B i o l o g y ( 2 0 1 1 ) 6 : 4 5 1 - 4 5 5 4 5 5 Z h o u e t a l . , 2 0 1 1