北京
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(yè)、水稻種植、化石能源生產(chǎn)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(rèn)為能夠調(diào)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(xué)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(chǎn)氫細(xì)胞器識別及甲烷排放調(diào)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(fā)了瘤胃纖毛蟲基因組去污染技術(shù)，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(yǎng)方法，建立了活體種質(zhì)資源，奠定了研究基礎(chǔ)。
▲瘤胃原生動物纖毛蟲
在瘤胃纖毛蟲內(nèi)，團隊首次發(fā)現(xiàn)了起源于內(nèi)膜系統(tǒng)的、具有單層膜的新型產(chǎn)氫細(xì)胞器——氫小體（Hydrogenobody），與以往在其他真核生物中發(fā)現(xiàn)的起源于線粒體的、具有雙層膜的產(chǎn)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(fā)揮關(guān)鍵作用，為產(chǎn)甲烷菌提供了產(chǎn)甲烷的底物和厭氧環(huán)境，可作為干預(yù)反芻動物甲烷排放的分子靶標(biāo)。
基于瘤胃纖毛蟲基因組目錄，研究團隊揭示了纖毛蟲、產(chǎn)甲烷菌與甲烷排放之間的強相關(guān)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。
▲瘤胃原生動物纖毛蟲
新機制顯示，氫小體分布于纖毛蟲細(xì)胞中纖毛覆蓋區(qū)域，使得“多毛類”纖毛蟲的氫小體豐度遠(yuǎn)高于“少毛類”，兩者相差數(shù)十倍，對瘤胃產(chǎn)甲烷的貢獻(xiàn)也明顯大于“少毛類”。因此，“多毛類”纖毛蟲可作為干預(yù)反芻動物甲烷排放的潛在靶標(biāo)物種。
該研究挑戰(zhàn)了既有認(rèn)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(fā)基于纖毛蟲的畜牧業(yè)“碳減排”策略和技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。
來源：中國科學(xué)院水生生物研究所
責(zé)任編輯：曹旸
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