Abstract Ruminant livestock are important sources of human food and global greenhouse gas emissions. Feed degradation and methane formation by ruminants rely on metabolic interactions between rumen microbes and affect ruminant productivity. Rumen and camelid foregut microbial community composition was determined in 742 samples from 32 animal species and 35 countries, to estimate if this was influenced by diet, host species, or geography. Similar bacteria and archaea dominated in nearly all samples, while protozoal communities were more variable. The dominant bacteria are poorly characterised, but the methanogenic archaea are better known and highly conserved across the world. This universality and limited diversity could make it possible to mitigate methane emissions by developing strategies that target the few dominant methanogens. Differences in microbial community compositions were predominantly attributable to diet, with the host being less influential. There were few strong co-occurrence patterns between microbes, suggesting that major metabolic interactions are non-selective rather than specific.

Rumen microbiome biology gets a boost with the release of 410 high-quality reference genomes from the Hungate1000 project. Productivity of ruminant livestock depends on the rumen microbiota, which ferment indigestible plant polysaccharides into nutrients used for growth. Understanding the functions carried out by the rumen microbiota is important for reducing greenhouse gas production by ruminants and for developing biofuels from lignocellulose. We present 410 cultured bacteria and archaea, together with their reference genomes, representing every cultivated rumen-associated archaeal and bacterial family. We evaluate polysaccharide degradation, short-chain fatty acid production and methanogenesis pathways, and assign specific taxa to functions. A total of 336 organisms were present in available rumen metagenomic data sets, and 134 were present in human gut microbiome data sets. Comparison with the human microbiome revealed rumen-specific enrichment for genes encoding de novo synthesis of vitamin B12, ongoing evolution by gene loss and potential vertical inheritance of the rumen microbiome based on underrepresentation of markers of environmental stress. We estimate that our Hungate genome resource represents ∼75% of the genus-level bacterial and archaeal taxa present in the rumen.

Competitive PCR assays were developed for the enumeration of the rumen cellulolytic bacterial species: Fibrobacter succinogenes, Ruminococcus albus and Ruminococcus flavefaciens. The assays, targeting species-specific regions of 16S rDNA, were evaluated using DNA from pure culture and rumen digesta spiked with the relevant cellulolytic species. Minimum detection levels for F. succinogenes, R. albus and R. flavefaciens were 1–10 cells in pure culture and 103–4 cells per ml in mixed culture. The assays were reproducible and 11–13% inter- and intra-assay variations were observed. Enumeration of the cellulolytic species in the rumen and alimentary tract of sheep found F. succinogenes dominant (107 per ml of rumen digesta) compared to the Ruminococcus spp. (104–6 per ml). The population size of the three species did not change after the proportion of dietary alfalfa hay was increased. All three species were detected in the rumen, omasum, caecum, colon and rectum. Numbers of the cellulolytic species at these sites varied within and between animals.