西北高原所揭示鹿科动物肠道微生物与宿主共进化的高原适应机制

青藏高原是全球海拔最高、自然环境最严酷的生态系统之一，其极端低氧、低温与营养匮乏等环境条件，对野生动物的生存构成了严峻挑战。近年来，肠道微生物作为宿主适应外部环境的重要“隐形器官”，在能量代谢、营养吸引和免疫调节等方面展现出关键作用。然而，肠道微生物在野生动物特别是大型哺乳动物高原适应过程中的演化机制仍鲜有报道，尤其在鹿科动物这一重要的偶蹄目类群体中研究极为薄弱。

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率先开展了多个高原鹿科动物肠道微生物的大规模宏基因组测序研究，并将其与公开数据库中平原鹿科动物的肠道微生物组进行系统比较分析。研究首次构建了涵盖多个物种的鹿科动物肠道宏基因组图谱，系统揭示了肠道微生物与宿主之间的共进化关系，以及微生物在能量代谢相关通路中的高原适应性进化特征。

研究采集了青藏高原地区多种鹿科动物的粪便样本，并结合公共数据库中平原地区鹿科动物样本进行分析，通过宏基因组组装共获得了41,847个宏基因组组装基因组（MAGs），并构建了3,193个高质量物种水平基因组，建立了目前最为系统、全面的鹿科动物肠道微生物组数据库。这是国内外首个基于多物种、大规模宏基因组分析的鹿科动物肠道微生物资源库，为后续功能挖掘、微生物资源利用及濒危物种保护提供了坚实的数据基础。

通过系统发育和共进化分析，发现Alistipes 和 Faecousia 属与宿主鹿科动物存在显著的共进化模式，表明肠道微生物与宿主长期演化过程中形成了稳定的互利关系。更为关键的是，通过比较宏基因组分析发现，高原鹿科动物的肠道微生物在能量代谢与碳水化合物活性酶（CAZymes）通路上具有显著的适应性增强，相关功能基因的相对丰度显著高于平原鹿类。同时，结构变异分析表明，高原环境下微生物基因组的插入和复制结构变异主要富集于碳水化合物代谢与能量代谢通路，而缺失结构变异则集中于生物分子合成通路，显示出微生物基因组结构在应对极端环境中的动态调节能力。研究不仅从宏基因组层面揭示了肠道微生物在野生动物高原适应中的重要作用，更首次系统性地阐明了微生物与宿主在演化过程中的共进化模式，具有重要的理论创新价值和实践指导意义。

研究成果以 Comparative macrogenomics reveal plateau adaptation of gut microbiome in cervids为题，发表于经典学术期刊 BMC Biology (中国科学院生物学 2 区 TOP 期刊，影响因子4.4)。西北高原所博士研究生李斌为论文第一作者，张同作研究员为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金区域联合重点基金（U20A2012）和青海省自然科学基金团队项目（2023-ZJ-901T）的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1186/s12915-025-02269-w

宏基因组组装、分箱和分类注释概述