肠道菌群介导树麻雀高海拔适应的季节性动态机制与能量代谢调控

本研究揭示了树麻雀(Passer montanus)通过肠道菌群季节性动态变化（如冬季乳杆菌属Lactobacillus富集）调控宿主能量代谢（avUCP蛋白表达上调）和热相关基因（syt1/chodl）的高海拔适应策略，为野生动物气候驱动栖息地变迁的保护提供新见解。

　　

肠道菌群对树麻雀高海拔适应的贡献

ABSTRACT
青藏高原(QTP)极端环境下的动物适应性机制是研究热点。树麻雀作为近三千年才迁入高原的物种，其肠道菌群通过季节性动态变化（如冬季乳杆菌属Lactobacillus增加）促进热相关蛋白(avUCP)表达，上调syt1和chodl基因，揭示了微生物介导快速海拔适应的新机制。

INTRODUCTION
高原环境（缺氧/低温/强紫外线）塑造了土著物种的遗传特征，如斑头雁的血红蛋白适应性进化。近年研究发现肠道菌群在海拔适应中起关键作用：藏绵羊冬季拟杆菌门(Bacteroidetes)增加以利用稀缺食物资源，而高原鼠兔菌群多样性随海拔升高。树麻雀伴随人类农业活动扩散至高原后，表现出肌肉代谢增强和胰岛素敏感性改变等表型，但其菌群作用尚未阐明。

MATERIALS AND METHODS
实验1：采集青藏高原（3484米）和北京（161米）树麻雀冬夏两季肠道内容物，16S rRNA测序分析菌群组成。实验2：将野生树麻雀菌群移植至斑马雀，检测体重、肠道绒毛长度、细胞色素C氧化酶(COX)活性及avUCP表达。转录组测序分析差异基因，KEGG富集代谢通路。

RESULTS

1. 菌群差异：高原冬季组厚壁菌门(Firmicutes)占比84.4%，显著高于低海拔组（60.4%）。LEfSe分析显示高原冬季乳杆菌属(Lactobacillus)和梭菌属(Clostridium sensu stricto 1)富集，功能预测显示糖代谢通路活跃。
2. 移植效应：高原菌群移植组斑马雀肠道绒毛长度增加27%（P<0.0001），avUCP表达上调1.5倍， pectoral肌COX活性降低。转录组发现高原冬季组热相关基因syt1和chodl显著上调，夏季组则富集丁酸代谢通路。
3. 机制关联：乳杆菌属与肝脏重量呈正相关（r=0.62），而Granulicatella菌属与绒毛长度负相关。KEGG分析显示高原组氨基酸合成通路活跃，印证其增强的能量获取策略。

DISCUSSION

1. 季节性适应：冬季乳杆菌属通过产生短链脂肪酸(SCFAs)激活产热信号，而厚壁菌门/拟杆菌门比例升高促进食物能量提取，这与高原冬季-35.4°C的极端低温适应直接相关。
2. 代谢调控：avUCP上调表明高原菌群通过线粒体解偶联增强产热效率，而肠道绒毛形态改变提高了营养吸收率，共同应对高原资源限制。
3. 基因-菌群协同：syt1基因可能通过交感神经调控去甲肾上腺素(NE)释放，而chodl基因促进肌肉发育，形成"微生物-宿主基因"协同适应网络。

局限与展望：当前研究未量化野生个体食性差异，且样本量较小。未来需结合宏基因组测序明确乳杆菌功能菌株，并解析SCFAs与宿主代谢通路的分子互作机制。该成果为理解气候变化下野生动物适应性进化提供了微生物视角。