科研進(jìn)展
西北高原所揭示鹿科動(dòng)物腸道微生物與宿主共進(jìn)化的高原適應(yīng)機(jī)制
青藏高原是全球海拔最高、自然環(huán)境最嚴(yán)酷的生態(tài)系統(tǒng)之一，其極端低氧、低溫與營(yíng)養(yǎng)匱乏等環(huán)境條件，對(duì)野生動(dòng)物的生存構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。近年來，腸道微生物作為宿主適應(yīng)外部環(huán)境的重要“隱形器官”，在能量代謝、營(yíng)養(yǎng)吸引和免疫調(diào)節(jié)等方面展現(xiàn)出關(guān)鍵作用。然而，腸道微生物在野生動(dòng)物特別是大型哺乳動(dòng)物高原適應(yīng)過程中的演化機(jī)制仍鮮有報(bào)道，尤其在鹿科動(dòng)物這一重要的偶蹄目類群體中研究極為薄弱。
中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所動(dòng)物生態(tài)與資源保護(hù)研究團(tuán)隊(duì)率先開展了多個(gè)高原鹿科動(dòng)物腸道微生物的大規(guī)模宏基因組測(cè)序研究，并將其與公開數(shù)據(jù)庫中平原鹿科動(dòng)物的腸道微生物組進(jìn)行系統(tǒng)比較分析。研究首次構(gòu)建了涵蓋多個(gè)物種的鹿科動(dòng)物腸道宏基因組圖譜，系統(tǒng)揭示了腸道微生物與宿主之間的共進(jìn)化關(guān)系，以及微生物在能量代謝相關(guān)通路中的高原適應(yīng)性進(jìn)化特征。
研究采集了青藏高原地區(qū)多種鹿科動(dòng)物的糞便樣本，并結(jié)合公共數(shù)據(jù)庫中平原地區(qū)鹿科動(dòng)物樣本進(jìn)行分析，通過宏基因組組裝共獲得了41,847個(gè)宏基因組組裝基因組（MAGs），并構(gòu)建了3,193個(gè)高質(zhì)量物種水平基因組，建立了目前最為系統(tǒng)、全面的鹿科動(dòng)物腸道微生物組數(shù)據(jù)庫。這是國(guó)內(nèi)外首個(gè)基于多物種、大規(guī)模宏基因組分析的鹿科動(dòng)物腸道微生物資源庫，為后續(xù)功能挖掘、微生物資源利用及瀕危物種保護(hù)提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
通過系統(tǒng)發(fā)育和共進(jìn)化分析，發(fā)現(xiàn)Alistipes 和 Faecousia 屬與宿主鹿科動(dòng)物存在顯著的共進(jìn)化模式，表明腸道微生物與宿主長(zhǎng)期演化過程中形成了穩(wěn)定的互利關(guān)系。更為關(guān)鍵的是，通過比較宏基因組分析發(fā)現(xiàn)，高原鹿科動(dòng)物的腸道微生物在能量代謝與碳水化合物活性酶（CAZymes）通路上具有顯著的適應(yīng)性增強(qiáng)，相關(guān)功能基因的相對(duì)豐度顯著高于平原鹿類。同時(shí)，結(jié)構(gòu)變異分析表明，高原環(huán)境下微生物基因組的插入和復(fù)制結(jié)構(gòu)變異主要富集于碳水化合物代謝與能量代謝通路，而缺失結(jié)構(gòu)變異則集中于生物分子合成通路，顯示出微生物基因組結(jié)構(gòu)在應(yīng)對(duì)極端環(huán)境中的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力。研究不僅從宏基因組層面揭示了腸道微生物在野生動(dòng)物高原適應(yīng)中的重要作用，更首次系統(tǒng)性地闡明了微生物與宿主在演化過程中的共進(jìn)化模式，具有重要的理論創(chuàng)新價(jià)值和實(shí)踐指導(dǎo)意義。
研究成果以?Comparative macrogenomics reveal plateau adaptation of gut microbiome in cervids為題，發(fā)表于經(jīng)典學(xué)術(shù)期刊?BMC Biology (中國(guó)科學(xué)院生物學(xué) 2 區(qū) TOP 期刊，影響因子4.4)。西北高原所博士研究生李斌為論文第一作者，張同作研究員為通訊作者。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金區(qū)域聯(lián)合重點(diǎn)基金（U20A2012）和青海省自然科學(xué)基金團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2023-ZJ-901T）的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1186/s12915-025-02269-w
宏基因組組裝、分箱和分類注釋概述
