藏系绵羊瘤胃微生物高海拔适应特征

Qinghai-Tibetan Plateau (QTP) is the largest continuous high elevation ecosystem in the world.Both the climate and environments of the plateau are extremely harsh. Under the strong selective pressure, the local species have well adapted to the high altitude environment of QTP. The mechanism of high altitude adaptation is a hot spot in the world. Tibetan sheep in one of the most important domestic animals on the QTP and the genetic evidence of high altitude adaptation of its rumen microbes has not been investigated yet. In this project the 16S rDNA sequence will be used as a molecular marker to study the mechanism of high altitude adaptation of rumen microbes of Tibetan sheep. The samples of rumen microbes from different altitudes will be collected and phylogenetic analyses will be performed using the 16S rDNA dataset. The genetic diversity of rumen microbes from different altitudes will be investigated. Furthermore, through comparing the microbes of Tibetan sheep with that of low altitude Mongolia sheep, the microbes that only exists in Tibetan sheep will be found. Finally, the microbial community structures of Tibetan sheep and Mongolia sheep will be compared, in order to give the genetic evidence of high altitude adaptation. The results of this project will provide valuable information on development and utilization of the rumen microbial resources of Tibetan sheep.

青藏高原是全世界最大的连续高海拔生态系统，其自然环境非常恶劣。在长期的自然选择作用下，当地物种能够很好地适应高海拔环境。青藏高原特有物种的高海拔适应机制一直是人们关注的热点。藏系绵羊是中国青藏高原地区特有的家畜类群，其瘤胃微生物的高海拔适应性这一问题很少被涉及。本项目拟使用16S rDNA序列对不同海拔梯度的藏系绵羊的瘤胃微生物进行系统发育研究，从而了解藏系绵羊瘤胃微生物的多样性以及不同海拔的藏系绵羊微生物区系，并通过与低海拔分布的蒙古绵羊的瘤胃微生物的对比，鉴定藏系绵羊特有的具有高海拔适应性的微生物类群。此外，比较藏系绵羊和蒙古绵羊瘤胃微生物的群落结构的差异，探讨藏系绵羊瘤胃微生物的高海拔适应特征。这些结果对于开发和利用藏系绵羊瘤胃微生物资源，解决藏系绵羊生产上的问题具有重要的意义。

藏系绵羊是青藏高原地区最重要的家畜之一，为当地人民提供了多种生产生活资料。在长期的选择作用下，藏系绵羊能够很好地适应当地的高海拔环境。而栖息在其瘤胃内的微生物与宿主相互作用，在长期的协同进化下，对高海拔环境也有着很好的适应。在本项目中，采集了来自不同海拔高度的藏系绵羊的瘤胃液样品，并采集低海拔地区的蒙古绵羊的瘤胃微生物样品，接下来，使用16S rDNA 序列对不同海拔梯度的藏系绵羊的瘤胃微生物DNA进行扩增以及测序。对所得到的序列进行遗传多样性分析、系统发育分析等工作，从而揭示藏系绵羊瘤胃微生物的遗传多样性和高海拔适应特征。. 结果发现，不同藏系绵羊个体的瘤胃微生物系统在种、属水平上的OTU数目及其Shannon指数均略高于蒙古绵羊。对藏系绵羊瘤胃细菌群体结构分析发现，Bacteroidetes、Firmicutes和Proteobacteria是瘤胃微生物系统中占有优势的三个门,但是，这三个门在不同个体的瘤胃微生物群体中所占的比例有很大的变化，这一现象表明藏系绵羊的瘤胃微生物为了适应青藏高原地区环境的复杂变化，导致其组成有较大的波动。.聚类分析与PCoA差异分析表明，蒙古绵羊的个体的瘤胃微生物遗传距离较近，成为独立的一支，与藏系绵羊有较大的遗传距离，。藏系绵羊和蒙古绵羊的生活环境及饲草来源均存在较大的差异，这些均会导致瘤胃微生物系统的变化。通过对二者的比较发现，在不同的分类等级均存在具有显著性差异分布的群体。在藏系绵羊瘤胃微生物系统中有23个科的丰度高于蒙古绵羊的瘤胃微生物系统，如Fibrobacteraceae、Prevotellaceae、Bacteroidaceae、Verrucomicrobiaceae等，这些微生物的功能主要与降解纤维素、产生挥发性脂肪酸和微生物蛋白等相关，使藏系绵羊能够更好地降解饲草，从有限的食物中得到更多的能量，为机体提供足够热量，从而更好地适应高海拔地区食物匮乏、低温等环境。. 研究结果表明，在藏系绵羊瘤胃微生物系统中共发现4994个OTU，其中特有的OTU数目为2579个，这些是藏系绵羊中重要的微生物资源，可能对当地的自然环境、饲草资源等均具有极好的适应性，在后续的工作中，可以开展进一步的研究，以更好地了解这些微生物资源的特性，从而可以更好地开发和利用这些资源打下一定的基础。