近日，兰州大学龙瑞军教授团队在《Nature Communications》发表了题为《A metagenomic catalogue of the ruminant gut archaeome》的研究成果。这项研究首次从全球视角出发，全面分析了不同种类反刍动物肠道内古菌的构成、多样性及其功能，并特别验证了牦牛这种天然排放较少甲烷的动物其肠道古菌中以Methanomethylophilaceae（甲基型甲烷菌）为主导的特点。这一发现不仅为反刍动物肠道古菌的研究开辟了新的方向，也为减少甲烷排放提出了科学依据和支持。
甲烷是一种温室效应强于二氧化碳的气体，在短期（20年）内对全球变暖的影响可达二氧化碳的82.5倍。反刍动物产生的甲烷占据了全球人类活动引起甲烷排放的大约三分之一。此外，这些动物释放的甲烷还导致了它们饮食中能量的2%-12%浪费。鉴于此，减少反刍动物的甲烷排放对于促进绿色可持续发展的畜牧业以及对抗气候变化具有重要意义。反刍动物体内甲烷的主要来源是其消化系统，特别是瘤胃中的古菌活动。
龙瑞军教授团队之前的研究已经证明，牦牛作为青藏高原特有的家畜，属于低甲烷排放类型。这种现象可能是由于不同反刍动物之间的肠道（特别是瘤胃）古菌结构存在差异所致。虽然已有不少研究探讨了反刍动物肠道内主要古菌的构成与作用，但对于全球范围内各种反刍动物肠道古菌的整体了解仍显不足。
为了填补这一空白，研究团队汇集并分析了2,270份反刍动物肠道宏基因组样本，构建了一个包含998个无重复古菌基因组（相似度达到99.9%）的全球反刍动物肠道古菌基因组数据库。这些古菌基因组中，大多数属于Methanobacteriaceae（67.03%）和Methanomethylophilaceae（19.84%）家族。值得注意的是，研究者们新鉴定了597个此前未有描述的古菌基因组（满足完整性大于50%，污染率低于5%的标准）。
通过比较不同反刍动物和不同肠道区域的古菌组成与功能，研究发现古菌的分布特征在物种之间和肠道位置上存在显著差异，而低甲烷排放的牦牛肠道中，Methanomethylophilaceae古菌占据了主导地位。此外，研究还揭示了古菌可能携带的多种重要基因，如抗生素和金属抗性基因、可转移遗传元素、潜在的致病因子、群体感应机制以及古菌病毒组等。
总体而言，这项研究建立的古菌基因组数据库将为深入理解反刍动物肠道古菌生态系统，以及利用像牦牛这样的低甲烷排放动物来开发有效的甲烷减排措施提供宝贵的数据支持。
不同反刍动物肠道古菌的组成
论文第一署名单位为兰州大学，动物医学与生物安全学院米见对青年研究员为论文第一作者，龙瑞军教授为通讯作者。泛第三极环境中心刘鹏飞教授指导了该项研究。生态学院博士后景小平博士和Apurva Kakade博士，贵州大学王惟惟博士等参与了该项研究。该研究得到了国家重点研发计划、甘肃省联合基金、国际原子能项目的资助，以及兰州大学超算中心的支持。
