科研進展
西北高原所揭示鹿科動物腸道微生物與宿主共進化的高原適應機制
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(tǒng)之一，其極端低氧、低溫與營養(yǎng)匱乏等環(huán)境條件，對野生動物的生存構成了嚴峻挑戰(zhàn)。近年來，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、營養(yǎng)吸引和免疫調(diào)節(jié)等方面展現(xiàn)出關鍵作用。然而，腸道微生物在野生動物特別是大型哺乳動物高原適應過程中的演化機制仍鮮有報道，尤其在鹿科動物這一重要的偶蹄目類群體中研究極為薄弱。
中國科學院西北高原生物研究所動物生態(tài)與資源保護研究團隊率先開展了多個高原鹿科動物腸道微生物的大規(guī)模宏基因組測序研究，并將其與公開數(shù)據(jù)庫中平原鹿科動物的腸道微生物組進行系統(tǒng)比較分析。研究首次構建了涵蓋多個物種的鹿科動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化關系，以及微生物在能量代謝相關通路中的高原適應性進化特征。
研究采集了青藏高原地區(qū)多種鹿科動物的糞便樣本，并結(jié)合公共數(shù)據(jù)庫中平原地區(qū)鹿科動物樣本進行分析，通過宏基因組組裝共獲得了41,847個宏基因組組裝基因組（MAGs），并構建了3,193個高質(zhì)量物種水平基因組，建立了目前最為系統(tǒng)、全面的鹿科動物腸道微生物組數(shù)據(jù)庫。這是國內(nèi)外首個基于多物種、大規(guī)模宏基因組分析的鹿科動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提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎。
通過系統(tǒng)發(fā)育和共進化分析，發(fā)現(xiàn)Alistipes 和 Faecousia 屬與宿主鹿科動物存在顯著的共進化模式，表明腸道微生物與宿主長期演化過程中形成了穩(wěn)定的互利關系。更為關鍵的是，通過比較宏基因組分析發(fā)現(xiàn)，高原鹿科動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性增強，相關功能基因的相對豐度顯著高于平原鹿類。同時，結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)構在應對極端環(huán)境中的動態(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物高原適應中的重要作用，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化模式，具有重要的理論創(chuàng)新價值和實踐指導意義。
研究成果以?Comparative macrogenomics reveal plateau adaptation of gut microbiome in cervids為題，發(fā)表于經(jīng)典學術期刊?BMC Biology (中國科學院生物學 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。研究得到了國家自然科學基金區(qū)域聯(lián)合重點基金（U20A2012）和青海省自然科學基金團隊項目（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、分箱和分類注釋概述
