科研進(jìn)展
西北高原所研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物可塑性驅(qū)動(dòng)青藏高原巖羊跨區(qū)域食性適應(yīng)的分子機(jī)制
在全球生物多樣性加速喪失的背景下，解析野生動(dòng)物對(duì)異質(zhì)生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性策略已成為保護(hù)生物學(xué)與進(jìn)化生態(tài)學(xué)交叉領(lǐng)域的重要方向。食性適應(yīng)作為物種廣域分布的關(guān)鍵生態(tài)過程，其與共生微生物的協(xié)同進(jìn)化機(jī)制是當(dāng)前宿主 - 微生物互作研究的前沿方向。腸道微生物通過編碼特異性酶系參與復(fù)雜營養(yǎng)物質(zhì)的降解轉(zhuǎn)化，在宿主應(yīng)對(duì)食物資源波動(dòng)中發(fā)揮著不可替代的作用。揭示腸道微生物介導(dǎo)的食性適應(yīng)分子機(jī)制，對(duì)闡明物種生態(tài)位擴(kuò)張的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)因素具有重要科學(xué)價(jià)值。
青藏高原作為全球海拔最高的生態(tài)系統(tǒng)，擁有豐富的野生動(dòng)物和多樣的生境。其中，巖羊（Pseudois nayaur）是該區(qū)域分布最廣、種群數(shù)量最多的有蹄類動(dòng)物之一，廣泛分布于灌叢、草地、荒漠等多種生境中，形成了復(fù)雜的區(qū)域食性分化模式，為研究極端環(huán)境下宿主 - 微生物協(xié)同適應(yīng)提供了理想模型。前期研究已證實(shí)巖羊食性存在顯著的季節(jié)與環(huán)境差異，其腸道微生物群落結(jié)構(gòu)亦呈現(xiàn)相應(yīng)動(dòng)態(tài)變化，但針對(duì)跨區(qū)域尺度下食性組成、腸道微生物功能及代謝物協(xié)同變異的系統(tǒng)性研究仍屬空白，尤其是微生物功能可塑性在區(qū)域食性適應(yīng)中的調(diào)控機(jī)制尚未明確。
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(hù)研究團(tuán)隊(duì)在青藏高原青海湖流域、昆侖山及三江源三大典型區(qū)域采集了巖羊的新鮮糞便樣本，利用trnL植物DNA條形碼技術(shù)、宏基因組測(cè)序技術(shù)和非靶向代謝組學(xué)技術(shù)，構(gòu)建了巖羊食性 - 微生物 - 代謝物多組學(xué)關(guān)聯(lián)分析框架，深入解析了巖羊在青藏高原不同區(qū)域的食性差異、腸道微生物組成與功能特征及其代謝產(chǎn)物差異，探索了食性結(jié)構(gòu)與微生物共生系統(tǒng)的協(xié)同變異規(guī)律，揭示了宿主 - 微生物共生系統(tǒng)在區(qū)域適應(yīng)中的協(xié)同進(jìn)化模式。
研究發(fā)現(xiàn)，巖羊在各研究區(qū)域的主要食物組成存在顯著差異，這可能受到自身取食偏好以及局地可獲得植物資源的共同影響。與昆侖山和三江源地區(qū)相比，青海湖流域的巖羊偏好取食蓼科植物，而較少取食薔薇科和禾本科植物，形成了獨(dú)特的食性生態(tài)位。進(jìn)一步宏基因組功能注釋揭示，巖羊?qū)χ饕参镱惾旱娜∈沉颗c其腸道內(nèi)關(guān)鍵微生物的豐度顯著相關(guān)，而這些微生物又與巖羊腸道多糖降解能力密切相關(guān)。尤其是在青海湖流域，巖羊的腸道微生物展現(xiàn)了更強(qiáng)的多糖降解能力，能夠更高效地將蓼科植物中不易被宿主直接吸收的復(fù)雜多糖轉(zhuǎn)化為寡糖和單糖，從而顯著提升了能量轉(zhuǎn)化效率。
本研究首次揭示了巖羊在低粗纖維膳食模式下，通過腸道微生物功能可塑性實(shí)現(xiàn)能量高效獲取的適應(yīng)性策略。研究不僅闡明了腸道微生物在巖羊跨區(qū)域食性適應(yīng)中的核心調(diào)控作用，更為高原有蹄類動(dòng)物的適應(yīng)性進(jìn)化研究提供了微生物功能層面的實(shí)證支持；其揭示的宿主-微生物協(xié)同適應(yīng)機(jī)制，為預(yù)測(cè)氣候變化背景下物種的分布動(dòng)態(tài)及制定針對(duì)性保護(hù)策略提供了重要科學(xué)依據(jù)。研究成果以?The plasticity of gut microbiota contributes to inter-region dietary differences adaptation of ungulates in the Qinghai-Tibet Plateau?為題，發(fā)表在美國微生物學(xué)會(huì)旗下知名學(xué)術(shù)期刊?mSystems（中國科學(xué)院2區(qū)，影響因子4.6）上。西北高原所博士研究生梁程博為論文第一作者，張同作研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（U20A2012，32200408）和青海省自然科學(xué)基金團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2023-ZJ-901T）的資助。研究工作依托中國科學(xué)院高原生物適應(yīng)與進(jìn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和青海省動(dòng)物生態(tài)基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。
論文鏈接：https://doi.org/10.1128/msystems.00422-25
青藏高原典型區(qū)域巖羊腸道微生物及其代謝產(chǎn)物差異對(duì)食物資源利用適應(yīng)性分析
