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)化的高原適應機制
青藏高原是全球海拔最高、自然環(huán)境最嚴酷的生態(tài)系統之一，其極端低氧、低溫與營(yíng)養匱乏等環(huán)境條件，對野生動(dòng)物的生存構成了嚴峻挑戰。近年來(lái)，腸道微生物作為宿主適應外部環(huán)境的重要“隱形器官”，在能量代謝、營(yíng)養吸引和免疫調節等方面展現出關(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)物高原適應過(guò)程中的演化機制仍鮮有報道，尤其在鹿科動(dòng)物這一重要的偶蹄目類(lèi)群體中研究極為薄弱。
中國科學(xué)院西北高原生物研究所動(dòng)物生態(tài)與資源保護研究團隊率先開(kāi)展了多個(gè)高原鹿科動(dòng)物腸道微生物的大規模宏基因組測序研究，并將其與公開(kāi)數據庫中平原鹿科動(dòng)物的腸道微生物組進(jìn)行系統比較分析。研究首次構建了涵蓋多個(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)通路中的高原適應性進(jìn)化特征。
研究采集了青藏高原地區多種鹿科動(dòng)物的糞便樣本，并結合公共數據庫中平原地區鹿科動(dòng)物樣本進(jìn)行分析，通過(guò)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、全面的鹿科動(dòng)物腸道微生物組數據庫。這是國內外首個(gè)基于多物種、大規模宏基因組分析的鹿科動(dòng)物腸道微生物資源庫，為后續功能挖掘、微生物資源利用及瀕危物種保護提供了堅實(shí)的數據基礎。
通過(guò)系統發(fā)育和共進(jìn)化分析，發(fā)現Alistipes 和 Faecousia 屬與宿主鹿科動(dòng)物存在顯著(zhù)的共進(jìn)化模式，表明腸道微生物與宿主長(cháng)期演化過(guò)程中形成了穩定的互利關(guān)系。更為關(guān)鍵的是，通過(guò)比較宏基因組分析發(fā)現，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(zhù)的適應性增強，相關(guān)功能基因的相對豐度顯著(zhù)高于平原鹿類(lèi)。同時(shí)，結構變異分析表明，高原環(huán)境下微生物基因組的插入和復制結構變異主要富集于碳水化合物代謝與能量代謝通路，而缺失結構變異則集中于生物分子合成通路，顯示出微生物基因組結構在應對極端環(huán)境中的動(dòng)態(tài)調節能力。研究不僅從宏基因組層面揭示了腸道微生物在野生動(dòng)物高原適應中的重要作用，更首次系統性地闡明了微生物與宿主在演化過(guò)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 (中國科學(xué)院生物學(xué) 2 區 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。研究得到了國家自然科學(xué)基金區域聯(lián)合重點(diǎn)基金（U20A2012）和青海省自然科學(xué)基金團隊項目（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(lèi)注釋概述
