提到青藏高原，你可能会想到皑皑雪山、奔跑的藏羚羊，觉得它遥远又神秘。但其实在这片平均海拔高于4000米的土地上，也藏着能够影响我们生活的“隐形宝藏”——高原动物肠道里的微生物，它们可能是分解秸秆的“环保小能手”，是研发新型抗生素的灵感源泉，甚至可能帮助减少温室气体排放……这场关于高原肠道菌群的探索，正把“世界屋脊”和我们的日常悄悄连在一起。

11月20日，云南大学与华大生命科学研究院联合在微生物领域国际权威期刊《微生物组》（Microbiome）上发表一项重要研究成果。研究团队基于大规模采集的高原代表性动物肠道微生物样本，开展了深度宏基因组测序分析，成功构建了迄今为止最完整的高原动物肠道菌群微生物组数据库，揭示了其中蕴含的丰富且尚未被充分开发的微生物资源。该资源库为开发新型基因编辑工具、抗菌肽等生物技术产品提供了重要支撑。同时，研究团队依托青藏高原这一独特自然实验室，在国际上首次证明了宿主与肠道菌群协同进化的新机制，为该领域的科研探索奠定了重要的理论基础。

该研究是我国重大标志性科学工程“第二次青藏高原综合科学考察研究”中专题“高原微生物多样性保护和可持续利用”的代表性科学任务之一，相关成果为今后推动我国青藏高原“动物微生物多样性保护和可持续利用”这一国家战略需求奠定了坚实的基础。

截图自Microbiome官网

构建迄今为止最完整的高原动物肠道微生物组数据库

研究团队历时五年，在青藏高原系统采集了5,000余份大型食草动物的新鲜粪便样本。首期通过对1,412份样本进行宏基因组测序，团队获得了总量超过33Tb的数据，并创新性地采用两种方法相互验证，成功构建起一个包含 14,062个高置信度的物种水平基因组箱（species-level genome bins,SGBs），为相关研究提供了高质量微生物基因组参考数据库。

动物及采样分布图

令人瞩目的是，该数据库所包含的微生物物种中，有高达88%为以往未被认知的新物种。这项研究首次在全基因组尺度上，大规模、系统地揭示了青藏高原特有动物肠道中蕴藏的宝贵微生物资源，标志着该领域研究进入了新的阶段。

14,062 个SGB的系统发育关系、分类注释以及宿主分布情况

通过对该基因组数据库进行深度挖掘，研究团队进一步发现，这些未知的肠道菌群蕴藏着数量庞大、潜力可观的生物合成基因簇（BGC）资源。这一重要发现证实，野生动物肠道菌群是一个仍被严重低估的微生物资源宝库，在生物技术和药物开发等领域具有巨大的探索价值。

项目启动初期，研究团队同步开展了纯培养工作，从青藏高原特色动物肠道中筛选出近3,000株单克隆菌株。其中，对牦牛来源的500多株单菌进行的基因组分析表明，该地区动物肠道蕴含了大量未知的可被培养的微生物菌群（可纯培菌株中新物种比例高达约38%）。同时发现了其基因组中蕴藏着种类丰富且新颖性极高的次级代谢潜力。分析表明，超过94%的预测基因簇在现有数据库中无法找到同源物，预示着大量未知天然产物的存在。研究团队已从中发现多株功能性菌株，例如能高效降解纤维素的新型菌种，以及具有降低反刍动物甲烷排放潜力的菌株，相关体外验证实验正在进行中。此项研究的初期成果已于今年在《mSystems》期刊上发表。

本项目所收集的微生物数据皆通过云南大学和华大生命科学研究院搭建的青藏高原动物微生物资源库（QTP Animal Microbiomes，https://db.cngb.org/qtp/）同步释放，该数据库也为肠道微生物物种和基因资源的挖掘、保护和可持续利用提供重要资源支撑和技术参考。

解码“天然实验室”中的宿主-菌群共进化

完整基因组集的构建，为研究肠道菌群与宿主的协同进化提供了强大支撑。本研究不仅深入揭示了非人类哺乳动物肠道微生物群的多样性、稳定性及功能特征，更重要的是，为阐明极端环境下宿主与肠道菌群的演化模式提供了重要的研究范式。

系统发育分析显示，沿宿主系统发育谱系反复发生的菌群获得与丢失事件，可能是驱动这些高原食草哺乳动物肠道微生物群组装的重要机制。进一步分析发现，在青藏高原生态系统中，宿主与其特定肠道共生微生物之间既存在频繁的共系统发育信号，也经常发生宿主交换事件。这不仅为理解动物宿主与肠道共生微生物之间的演化关系提供了新的见解，也为今后有益微生物跨宿主应用奠定了重要的理论支撑。

共系统发生肠菌（D）与跨宿主交换肠菌（E）之间的频率比较（A-C）

文章共同第一作者、武汉华大生命科学研究院生物技术副研究员、深圳市环境微生物基因组学与应用重点实验室副主任李晓平介绍，该研究使我们认识到，动物，尤其是特殊生境下，具有特殊食性的动物，其肠道菌群是一个尚待深入探索的微生物资源宝库，后续挖掘工作具有深远的科学价值与应用意义。

文章通讯作者、云南大学研究员张志刚表示，该项工作不仅丰富了我们对青藏高原大型食草动物肠道微生物群的多样性与功能认知，也为理解“宿主-微生物”相互作用在进化尺度上的多样性轨迹提供了实证基础，对生态学、进化生物学及微生物资源开发均具有重要参考价值。

值得一提的是，华大集团长期深耕高原研究，致力于系统解析生命对极端环境的适应机制。从早期发现“登山基因”EPAS1，到破译牦牛、藏羚羊等一系列高原特色物种的基因密码，再到2022年启动并实施的“珠峰行动计划”，华大逐步构建了从基因到表型的多层次研究体系，持续拓展人类对高原生命奥秘的认知边界。本研究作为该框架下的重要组成部分，进一步推进了华大在极端环境生命科学研究领域中的探索。

武汉华大生命科学研究院生物技术副研究员李晓平、云南大学博士生田晨、博士毕业生庄道华和华大生命科学研究院硕士毕业生时兴伟为论文共同第一作者，云南大学研究员张志刚为论文通讯作者。