青藏高原以其低氧、低温和食物资源匮乏等特点,对动物的生理适应性提出了严峻挑战,其中肠道微生物群在宿主适应过程中扮演着至关重要的角色。肠道菌群不仅在营养吸收、能量代谢和免疫调控方面发挥重要作用,还能够通过调节关键代谢产物的生成,帮助宿主适应极端环境。然而,目前关于高海拔环境如何具体塑造肠道微生物群的动态变化,以及这些微生物如何与宿主相互作用以增强适应能力的机制仍不清楚。尽管已有研究表明海拔升高可能会导致肠道微生物多样性的变化,并影响微生物群落的代谢能力和结构组成,但不同动物种类、栖息地特征及个体差异等因素使得相关研究结果存在一定的不确定性。因此,进一步探究海拔梯度如何驱动肠道微生物群的演变、群落共存模式及其对宿主生理适应的影响,将有助于深入理解动物适应高原环境的微生物生态机制。
中国科学院西北高原生物研究所动物生态与资源保护研究团队以青藏高原为研究区域,系统探讨了高原鼠兔(Ochotona curzoniae)在不同海拔梯度下的肠道菌群结构及功能变化。通过16S rRNA基因测序及短链脂肪酸(SCFA)含量分析,评估了不同海拔环境下肠道菌群的组成、功能及代谢特征。研究结果表明,随着海拔升高,肠道菌群的α多样性显著下降,微生物群共现网络的复杂性亦呈减少趋势。然而,SCFA的含量在不同海拔间未表现出显著差异,表明高原鼠兔对SCFA的产生和需求可能已趋于稳定。此外,微生物群落结构随海拔变化呈现适应性调整的趋势,具体表现为拟杆菌门相对丰度的显著上升,而厚壁菌门的比例则显著下降。进一步分析微生物群落的组装机制发现,随海拔升高,群落组装过程逐渐趋于确定性,表明环境筛选在高海拔条件下对微生物群落的塑造作用增强。KEGG通路分析揭示,高原鼠兔肠道菌群在代谢、遗传信息处理及有机体系统相关通路上呈现显著上调趋势。高原鼠兔肠道菌群可能通过调控代谢途径及富集适应高原环境的微生物种群,以帮助宿主应对极端的高海拔生态压力。本研究强调了肠道菌群在动物适应极端环境中的关键作用,揭示了海拔对肠道菌群组成与功能的影响,为理解动物如何通过微生物机制适应高海拔环境提供了科学依据。研究成果不仅对高原鼠兔的生态适应研究具有重要意义,也为其他极端环境物种的研究提供了参考。
研究论文以 Responses of gut microbiota to altitude in a small mammal on Qinghai-Tibetan Plateau?为题,发表在?Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics (中国科学院二区)。西北高原所硕士研究生张妍为第一作者,曲家鹏研究员为通讯作者。本研究得到了第二次青藏高原综合科学考察研究、国家自然科学基金和青海省重点研发转化计划等项目资助。
论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1744117X25000553