西北农林王禹组最新研究：解析牛瘤胃甲烷生成中的宿主-微生物互作
西北农林王禹组最新研究：解析牛瘤胃甲烷生成中的宿主-微生物互作
反刍动物甲烷排放是全球温室气体排放的重要来源之一。西北农林科技大学王禹团队在iMeta期刊发表最新研究，通过整合全基因组和全转录组关联分析，揭示了牛瘤胃甲烷生成中的宿主-微生物相互作用机制。研究发现，宿主遗传因素平均解释了约28%的微生物丰度差异，而瘤胃基因表达能够解释约43%。这一发现为通过遗传调控和微生物干预策略减缓反刍动物甲烷排放提供了重要参考。
研究背景
甲烷作为六大温室气体之一，其对全球变暖的影响仅次于二氧化碳。减少畜牧业生产中的甲烷排放对于中国实现碳中和目标至关重要。反刍动物的瘤胃微生物菌群能够产生甲烷，其贡献了人为甲烷排放总量的约18%。牛作为主要的家养反刍动物，贡献了大部分畜牧生产甲烷排放，这归因于其强大的瘤胃微生物发酵功能。
研究方法
研究团队对574头中国荷斯坦牛的瘤胃内容物样本进行了16S rRNA基因扩增子测序，获得了32,622,851条高质量的细菌和古菌序列。同时，对574头牛进行了全基因组测序，每个个体的平均测序深度约为7×，共产生10.5 Tb的原始数据。此外，研究还收集了瘤胃组织的RNA-seq数据，为检测瘤胃中的cis-eQTLs提供了前所未有的机会。
主要发现
宿主遗传与瘤胃微生物的关系：宿主遗传因素平均解释了约28%的微生物丰度差异，约70%（223/317）的分类群具有显著的遗传力。古菌的平均遗传力（0.41±0.13）高于细菌（0.36±0.14）。
全转录组关联研究（TWAS）：研究检测到28,260个显著的基因-菌群关联对，其中包括16,423个正相关和11,837个负相关，涵盖了210个分类群和4652个非冗余基因。瘤胃基因表达平均解释了约43%的微生物组差异。
甲烷生成机制：研究发现，甲烷的产生与底物氢的代谢和转运有关。一些分类群（如Oscillospirales_UCG-011、Christensenellaceae_R-7_group和Oscillospiraceae_NK4A214_group等）与4种产甲烷菌、乙酸和乙丙比呈正相关，其可能是潜在的产乙酸菌。而另一些分类群（如Prevotella、Prevotellaceae_UCG-003和Anaeroplasma等）与4种产甲烷菌呈负相关，但与丙酸呈正相关。
研究意义
这项研究系统评估了宿主遗传变异和瘤胃基因表达对牛瘤胃微生物丰度变化的影响，为甲烷生成中宿主-微生物相互作用提供了新的见解，并为通过遗传调控和微生物管理策略减缓反刍动物的甲烷排放提供了有价值的指导。
未来展望
研究也指出了未来研究方向，包括需要更多的功能试验研究来阐明复杂的调控机制，以及需要在不同的牛群和更多其他反刍动物物种中验证这些研究结论。