通过瘤胃微生物宏基因组学特征分析揭示牦牛较黄牛适应高寒逆境的低甲烷排放机理

Yak, as the key species in the Qinghai-Tibet Plateau ecosystem, has formed a"nitrogen saved" and "low carbon" survival strategies in order to adapt to the harsh environment during the co-evolution. The yak rumen methanogens especially unknown methanogens (TALC) might contribute to its low methane emission. Therefore, pyrosequencing analysis and in vitro gas production method are utilized to explore the rumen microbial community of yak and cattle in Qinghai Tibetan Pleateau, expecially Unknown TALC methanogens characteristics; and also to reveal the correlation between their microbial community profile and the volatile fatty acids & methane production. Two or three TALC methanogens will be isolated and the metagenomic analysis are conducted. Thus The metabolic pathways of TALC were analyzed to provide a scientific basis for ruminant methane emissions.

牦牛作为青藏高原生态系统中的关键物种，在长期的进化过程中形成了"节氮"和"低碳"的生存策略，以适应高原恶劣的生态环境。前期的研究发现牦牛瘤胃中驻存大量的未知甲烷菌群(TALC)，这有可能是导致其低甲烷排放的主因。因此，本研究拟通过体外发酵，高通量测序等研究方法，探索同等日粮条件下牦牛与黄牛相比瘤胃微生物的种群结构差异，及其与甲烷排放量和挥发性脂肪酸的相关性；以探求参与牦牛瘤胃甲烷生成的优势未知TALC甲烷菌群特征，进而构建其分离、培养、提纯及鉴定技术系统，结合全基因组测序分析技术，探索TALC的代谢途径及牦牛低甲烷排放的分子机制，为最终有效调控牦牛以及其他反刍畜种甲烷排放提供科学依据。

牦牛作为青藏高原生态系统中的关键物种，在长期的进化过程中形成了"节氮"和"低碳"的生存策略，以适应高原恶劣的生态环境。本研究通过黄牛与牦牛瘤胃液体外发酵实验初步探索牦牛低甲烷排放特性，并通过同等日粮条件下青藏高原不同反刍动物（牦牛，藏羊，黄牛和高山细毛羊）瘤胃微生物多样性分析，研究青藏高原藏系反刍动物瘤胃微生物在宿主适应青藏高原恶劣环境过程中的适应机制。结果表明：1. 与黄牛相比，牦牛体外发酵产甲烷较低。2.尽管在全球反刍动物瘤胃甲烷菌中Methanobrevibacter的数量较多，但在本研究的青藏高原反刍动物瘤胃甲烷菌中，Methanomassiliicoccaceae是最主要的类群。此外，Methanomassiliicoccaceae不同属在不同动物的分布也与全球报告中有所不同。在全球范围内Mmc. Group 12占主导地位。对于藏系反刍动物，Methanomassiliicoccaceae Group 10和Mmc. Group 4数量最多，Mmc. Group 12 和Mmc. Group 9也有较为有显著的贡献。虽然反刍动物的产甲烷菌群落结构不同，但动物之间存在一定的相似性。这表明地理位置和饮食等因素对瘤胃产甲烷菌群落结构的影响可能大于宿主因素。3. 瘤胃细菌中门水平上的优势菌是拟杆菌门和厚壁菌门。在属水平上，黄牛瘤胃中普雷沃菌属的含量显著高于其他反刍动物；而牦牛瘤胃中的丝状杆菌、毛螺菌属和假丁酸弧菌含量较高。研究发现作为藏系家畜牦牛和藏羊具有独特的瘤胃微生物生态系统，在相似的日粮条件下，与黄牛和高山细毛羊的瘤胃微生物生态系统显著不同（α和β-多样性）；并且，与牦牛和黄牛相比，藏羊和高山细毛羊的瘤胃微生物差异较小，这可能是由于高山细毛羊和藏羊的亲缘关系较近所致。.为了能够更好地探索牦牛瘤胃微生物适应青藏高原高寒机制，在该项目中增加了牦牛瘤胃微生物的季节响应模式研究。研究发现，在门水平上厚壁菌门在夏季显著高于冬季；主成分分析显示牦牛瘤胃微生物季节分布差异显著。研究发现瘤胃微生物在提高牦牛冷季适应性上有较为显著的作用。.总之，瘤胃微生物包括细菌和甲烷菌在青藏高原家畜对于恶劣环境适应性中发挥了重要作用, 尤其是高寒适应性方面。