科研人員解鎖反芻動物甲烷排放調控機制

甲烷是第二大溫室氣體。全球甲烷排放的增加主要源于人類活動，如畜牧業、水稻種植、化石能源生產與利用等，其中牛、羊等反芻動物排放的甲烷占全球人為甲烷排放量的30%以上。瘤胃原生動物纖毛蟲長期以來被認為能夠調控反芻動物的甲烷排放，但其具體機制尚不清楚。

近日，中國科學院水生生物研究所等科研團隊，在瘤胃纖毛蟲資源挖掘、新型產氫細胞器識別及甲烷排放調控機制研究方面取得重要進展。

研究團隊針對瘤胃纖毛蟲樣品通常具有多種污染的難點，依托萬種原生生物基因組計劃（P10K），自主研發了瘤胃纖毛蟲基因組去污染技術，建成了目前最大的瘤胃纖毛蟲基因組資源庫。同時，團隊還突破了3種瘤胃纖毛蟲的體外厭氧培養方法，建立了活體種質資源，奠定了研究基礎。

在瘤胃纖毛蟲內，團隊首次發現了起源于內膜系統的、具有單層膜的新型產氫細胞器——氫小體（Hydrogenobody），與以往在其他真核生物中發現的起源于線粒體的、具有雙層膜的產氫體（Hydrogenosome）截然不同。

氫小體中含有瘤胃纖毛蟲獨有的氫化酶和氧還原酶，在氫氣生成和去除進入瘤胃的氧氣中發揮關鍵作用，為產甲烷菌提供了產甲烷的底物和厭氧環境，可作為干預反芻動物甲烷排放的分子靶標。基于瘤胃纖毛蟲基因組目錄，研究團隊揭示了纖毛蟲、產甲烷菌與甲烷排放之間的強相關性，闡明了不同瘤胃纖毛蟲影響反芻動物甲烷排放高低的機制。

新機制顯示，氫小體分布于纖毛蟲細胞中纖毛覆蓋區域，使得“多毛類”纖毛蟲的氫小體豐度遠高于“少毛類”，兩者相差數十倍，對瘤胃產甲烷的貢獻也明顯大于“少毛類”。因此，“多毛類”纖毛蟲可作為干預反芻動物甲烷排放的潛在靶標物種。

該研究挑戰了既有認識和觀念，重塑了對瘤胃纖毛蟲在反芻動物甲烷排放中作用的理解，為開發基于纖毛蟲的畜牧業“碳減排”策略和技術提供了理論基礎。

相關研究成果發表在《科學》（Science）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、中國科學院等的支持。

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