科研進展
西北高原所研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物可塑性驅動青藏高原巖羊跨區(qū)域食性適應的分子機制
在全球生物多樣性加速喪失的背景下，解析野生動物對異質生態(tài)環(huán)境的適應性策略已成為保護生物學與進化生態(tài)學交叉領域的重要方向。食性適應作為物種廣域分布的關鍵生態(tài)過程，其與共生微生物的協(xié)同進化機制是當前宿主 - 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雜營養(yǎng)物質的降解轉化，在宿主應對食物資源波動中發(fā)揮著不可替代的作用。揭示腸道微生物介導的食性適應分子機制，對闡明物種生態(tài)位擴張的內在驅動因素具有重要科學價值。
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)量最多的有蹄類動物之一，廣泛分布于灌叢、草地、荒漠等多種生境中，形成了復雜的區(qū)域食性分化模式，為研究極端環(huán)境下宿主 - 微生物協(xié)同適應提供了理想模型。前期研究已證實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構亦呈現(xiàn)相應動態(tài)變化，但針對跨區(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)域食性適應中的調控機制尚未明確。
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、宏基因組測序技術和非靶向代謝組學技術，構建了巖羊食性 - 微生物 - 代謝物多組學關聯(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，探索了食性結構與微生物共生系統(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)域適應中的協(xié)同進化模式。
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，形成了獨特的食性生態(tài)位。進一步宏基因組功能注釋揭示，巖羊對主要植物類群的取食量與其腸道內關鍵微生物的豐度顯著相關，而這些微生物又與巖羊腸道多糖降解能力密切相關。尤其是在青海湖流域，巖羊的腸道微生物展現(xiàn)了更強的多糖降解能力，能夠更高效地將蓼科植物中不易被宿主直接吸收的復雜多糖轉化為寡糖和單糖，從而顯著提升了能量轉化效率。
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現(xiàn)能量高效獲取的適應性策略。研究不僅闡明了腸道微生物在巖羊跨區(qū)域食性適應中的核心調控作用，更為高原有蹄類動物的適應性進化研究提供了微生物功能層面的實證支持；其揭示的宿主-微生物協(xié)同適應機制，為預測氣候變化背景下物種的分布動態(tài)及制定針對性保護策略提供了重要科學依據(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)表在美國微生物學會旗下知名學術期刊?mSystems（中國科學院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基金項目（U20A2012，32200408）和青海省自然科學基金團隊項目（2023-ZJ-901T）的資助。研究工作依托中國科學院高原生物適應與進化重點實驗室和青海省動物生態(tài)基因組學重點實驗室。
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)物差異對食物資源利用適應性分析
