動物適應青藏高原極端環(huán)境的過程中，逐漸形成了耐低氧、耐高寒、耐粗飼料等復雜性狀的適應性。以往針對高原適應遺傳機制的研究大多數(shù)局限在動物自身遺傳物質(zhì)的變異，很少了解與動物宿主共進化的第二套基因組（即腸道微生物組）的重要貢獻，特別是能量代謝方面。
中國科學院昆明動物研究所研究員施鵬領導的團隊和中國科學院北京生命科學研究院研究員趙方慶團隊以及蘭州大學教授龍瑞軍團隊展開合作研究，以第二套基因組為新的切入點，基于“高效的能量產(chǎn)生與利用（短鏈脂肪酸是能量主要來源）和低的能量損耗（甲烷是瘤胃發(fā)酵的副產(chǎn)物，是能量主要損耗）有利于哺乳動物適應高原極端環(huán)境的長期脅迫”這一假設，借助兩對物種之間的全面系統(tǒng)的比較，來探討同域動物適應極端環(huán)境的腸道微生物組機制。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷長期自然選擇并很好適應高原極端環(huán)境的牦牛（Yak）產(chǎn)生的短鏈脂肪酸顯著高于黃牛，甲烷排放顯著低于黃牛；同樣的規(guī)律在經(jīng)歷短期人工選擇適應高原的藏綿羊（T-sheep）與低海拔的普通綿羊之間被發(fā)現(xiàn)。進一步通過瘤胃微生物宏基因組測序分析，發(fā)現(xiàn)了牦牛和藏綿羊在短鏈脂肪酸合成代謝通路的基因顯著富集，黃牛在甲烷形成通路富集。通過比較牦牛和黃牛瘤胃粘膜轉(zhuǎn)錄組發(fā)現(xiàn)，牦牛短鏈脂肪酸運輸和吸收相關的基因顯著上調(diào)，表明了宿主和腸道微生物的協(xié)同進化，提示了高原動物自身也能夠更好地吸收和利用瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸。
該研究報道了一個經(jīng)典案例，發(fā)現(xiàn)了動物適應高原極端環(huán)境過程中宿主和微生物組的協(xié)同進化，是同域哺乳動物適應進化的必然選擇之一。另外，發(fā)現(xiàn)的低甲烷排放的高海拔哺乳動物，為進一步通過生物調(diào)控策略緩解其他動物排放甲烷引起的溫室效應具有重要的現(xiàn)實意義。該研究成果于6月17日在線發(fā)表在Current Biology (Convergent Evolution of Rumen Microbiomes in High-Altitude Mammals，Current Biology DOI: 10.1016/j.cub.2016.05.012)上，研究工作得到了中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）和國家杰出青年科學基金項目的支持。
昆明動物所等揭示動物適應性進化的第二套基因組學機制
