兰州大学团队构建全球反刍动物肠道古菌基因组目录

近日，兰州大学龙瑞军教授团队发表最新研究成果，从全球反刍动物肠道古菌基因组目录角度，系统解析了全球不同反刍动物肠道古菌的组成、多样性和功能，并进一步验证了牦牛，这一“低甲烷”排放动物其肠道古菌以甲基型甲烷菌为优势菌群的特征，为反刍动物肠道古菌的研究和甲烷减排提供了数据支撑和新思路。相关论文发表于《自然-通讯》。

甲烷是全球变暖贡献率仅次于二氧化碳的温室气体，其在20年周期内的全球变暖潜力约为二氧化碳的82.5倍。反刍动物的甲烷排放占全球人为甲烷排放的30%-32%。此外，反刍动物甲烷排放会导致日粮摄入总能2%-12%的损失。

因此，降低反刍动物甲烷排放对全球绿色可持续畜牧业发展和缓解气候变暖至关重要。反刍动物甲烷的生成主要由胃肠道，尤其是瘤胃中的古菌产生。龙瑞军教授团队的前期研究证实，起源于青藏高原的牦牛属于“低甲烷”排放反刍家畜。不同反刍动物之间甲烷排放的差异可能归因于肠道(瘤胃)中古菌的组成不同。尽管许多研究人员已探索了反刍动物胃肠道主要古菌的组成和功能，但关于不同反刍动物肠道古菌的全面认识和全球性解析仍然缺乏。

该研究通过收集和整合2270个反刍动物肠道宏基因组样本，建立了全球反刍动物肠道古菌基因组的目录。该目录包含了998个非冗余古菌基因组，大部分古菌基因组属于甲烷杆菌科和甲基型甲烷菌。本研究组装得到了597/998个之前未描述的古菌基因组。通过对比不同反刍动物不同肠道部位的古菌组成和功能，表明古菌的组成在种间和肠道部位上差异显著，其中“低甲烷”排放的牦牛肠道古菌以甲基型甲烷菌为优势菌群。同时发现古菌可能携带抗生素和金属抗性基因、可移动遗传元件、致病因子、群体感应元件及古菌病毒组。

综上，该目录的构建将为反刍动物古菌资源提供了重要的数据库，为推动理解反刍动物肠道古菌生态和基于牦牛等“低甲烷”排放物种，研发反刍动物甲烷减排策略提供有力支撑。

相关论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-54025-3

不同反刍动物肠道古菌的组成。兰州大学供图。