科技日报记者 金凤 通讯员 王璐
牛、羊等反刍动物排放的甲烷，约占全球人为甲烷排放总量的30%以上。如果能在反刍动物体内找到产生甲烷的源头，或许可以降低甲烷排放。近日，中国科学院水生生物研究所、南京农业大学等科研机构首次在反刍动物的瘤胃纤毛虫中发现了一种新型产氢细胞器，并解析了瘤胃纤毛虫调控反刍动物甲烷排放的机制，为研发畜牧业甲烷减排的新策略提供了理论基础。该成果于4月30日在线发表于国际学术期刊《科学》。
反刍动物有四个胃室，其中体积最大的是瘤胃。论文的共同通讯作者、中国科学院水生生物研究所研究员熊杰介绍，瘤胃内栖息着细菌、古菌、以纤毛虫为主的原虫和真菌等多类原核及真核微生物，这些微生物通过厌氧发酵，产生大量甲烷。
“瘤胃中的甲烷主要由产甲烷菌产生，而这一过程的关键底物是氢气。”论文共同第一作者谢斐博士介绍，“此前学界认为，瘤胃纤毛虫能够产生大量氢气，但它们如何产氢、其机制是什么，不同纤毛虫对甲烷排放的贡献是否相同，一直缺乏清晰的认识。”
此次研究中，团队构建了包含450个基因组的目前全球规模最大的瘤胃纤毛虫基因组资源库，明确了瘤胃纤毛虫由6个科、18个属构成，并可划分为“多毛类”和“少毛类”两大类群，同时建立了3种瘤胃纤毛虫的厌氧培养体系，突破了瘤胃纤毛虫难以长期培养的技术瓶颈。
更重要的是，团队首次在瘤胃纤毛虫中发现了一种起源于内膜系统、具有单层膜结构的全新产氢细胞器，他们将之命名为“氢小体（Hydrogenobody）”。
“以往，在其他厌氧真核生物中，有一种具有双层膜的产氢体，它们由线粒体演化而来。但这次发现的氢小体，起源于内膜系统、具有单层膜结构。”论文共同通讯作者、中国科学院水生生物研究所研究员缪炜介绍，氢小体内含有瘤胃纤毛虫独有的氢化酶和氧还原酶，既能生成氢气，又能清除进入瘤胃的微量氧气，这意味着它不仅为瘤胃产甲烷菌生成甲烷提供核心底物，还维持瘤胃严格的厌氧环境，可作为干预反刍动物甲烷排放的重要靶标。
团队同时研究发现，氢小体主要分布于瘤胃纤毛虫的纤毛覆盖区域，且多毛类纤毛虫的氢小体丰度显著高于少毛类纤毛虫，差异可达数十倍，其对瘤胃产甲烷过程的贡献更大。
论文共同通讯作者、南京农业大学教授毛胜勇表示，该研究打破了传统学术认知，揭示了瘤胃甲烷代谢调控新机制，为挖掘甲烷减排关键靶点奠定了重要理论基础，也为研发反刍动物甲烷减排新技术提供了科学依据。
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