科研人员解锁反刍动物甲烷排放调控机制

甲烷是第二大温室气体。全球甲烷排放的增加主要源于人类活动，如畜牧业、水稻种植、化石能源生产与利用等，其中牛、羊等反刍动物排放的甲烷占全球人为甲烷排放量的30%以上。瘤胃原生动物纤毛虫长期以来被认为能够调控反刍动物的甲烷排放，但其具体机制尚不清楚。

近日，中国科学院水生生物研究所等科研团队，在瘤胃纤毛虫资源挖掘、新型产氢细胞器识别及甲烷排放调控机制研究方面取得重要进展。

研究团队针对瘤胃纤毛虫样品通常具有多种污染的难点，依托万种原生生物基因组计划（P10K），自主研发了瘤胃纤毛虫基因组去污染技术，建成了目前最大的瘤胃纤毛虫基因组资源库。同时，团队还突破了3种瘤胃纤毛虫的体外厌氧培养方法，建立了活体种质资源，奠定了研究基础。

在瘤胃纤毛虫内，团队首次发现了起源于内膜系统的、具有单层膜的新型产氢细胞器——氢小体（Hydrogenobody），与以往在其他真核生物中发现的起源于线粒体的、具有双层膜的产氢体（Hydrogenosome）截然不同。

氢小体中含有瘤胃纤毛虫独有的氢化酶和氧还原酶，在氢气生成和去除进入瘤胃的氧气中发挥关键作用，为产甲烷菌提供了产甲烷的底物和厌氧环境，可作为干预反刍动物甲烷排放的分子靶标。基于瘤胃纤毛虫基因组目录，研究团队揭示了纤毛虫、产甲烷菌与甲烷排放之间的强相关性，阐明了不同瘤胃纤毛虫影响反刍动物甲烷排放高低的机制。

新机制显示，氢小体分布于纤毛虫细胞中纤毛覆盖区域，使得“多毛类”纤毛虫的氢小体丰度远高于“少毛类”，两者相差数十倍，对瘤胃产甲烷的贡献也明显大于“少毛类”。因此，“多毛类”纤毛虫可作为干预反刍动物甲烷排放的潜在靶标物种。

该研究挑战了既有认识和观念，重塑了对瘤胃纤毛虫在反刍动物甲烷排放中作用的理解，为开发基于纤毛虫的畜牧业“碳减排”策略和技术提供了理论基础。

相关研究成果发表在《科学》（Science）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、中国科学院等的支持。

论文链接

瘤胃原生动物纤毛虫