近日，北京林业大学草业与草原学院与山东大学、北京动物园合作研究的一项成果以“Convergent gut microbial functional strategies drive energy metabolism adaptation across Ursidae species and challenge the uniqueness of giant panda”为题在线发表在微生物生态学国际顶尖期刊The ISME journal（IF=11）上。该研究通过分析大熊猫、亚洲黑熊、棕熊和北极熊等4种熊科动物的肠道微生物季节动态，并结合粪便微生物移植实验，揭示了熊科动物肠道微生物在能量代谢调节中的关键作用，挑战了传统认为大熊猫肠道微生物功能具有独特性的观点。
尽管大熊猫以竹子为食，其肠道微生物在能量代谢通路（如SCFAs合成）方面与其他熊类具有高度保守性，并未表现出独特性。本项研究还通过粪便微生物移植实验进一步验证了熊类动物肠道微生物对宿主能量代谢的调控作用。移植了冬季熊类微生物的小鼠表现出更强的产热能力，游离脂肪酸受体2（FFAR2）的表达等明显增加，而夏季微生物移植的小鼠其能量代谢指标变化则不明显，表明冬季微生物可能通过调节短链脂肪酸影响宿主能量代谢。冬季移植组中，棕熊微生物显著提升了氨基酸代谢和能量代谢水平，这可能与其冬眠适应策略相关；而北极熊微生物则优先强化脂质代谢，以适应其高脂饮食特性；大熊猫微生物则表现出能量代谢抑制，这与其取食低营养竹子的食性相一致。北京林业大学薄亭贝副教授、海南大学徐小明（原动物所博士后）、北京动物园刘赫研究员为论文共同第一作者，北京林业大学薄亭贝和山东大学王德华教授为该论文共同通讯作者。北京动物园和中国科学院动物研究所相关人员参与该工作。本研究得到国家自然科学基金的支持。
图1 四种熊的肠道菌群组成比较与肠道菌群季节性变化
今年7月，薄亭贝副教授联合中科院动物所雷富民研究员团队和山东大学王德华教授团队在美国微生物学会(ASM)旗下mSystems杂志在线发表题为“Mechanism of gut microbiota promoting adaptation of tree sparrows to high-altitude environments”的论文，揭示树麻雀高原适应的机制。树麻雀是随着人类文明才迁居高原的物种，其肠道菌群与高原适应性研究还存在空白。研究人员在冬季和夏季从尕海湖（高海拔）和北京市昌平区（低海拔）分别收集树麻雀样本。高通量测序结果现树麻雀的肠道微生物群呈现出季节性和海拔高度依赖性变化，尤其是在冬季和高海拔组乳酸杆菌增加，这可能会促进热量产生以应对寒冷。同时，该研究首次在野生高原鸟类中利用菌群移植技术，将树麻雀肠道微生物移植给斑胸草雀（图2），结果发现移植冬季高海拔组微生物的斑胸草雀胸肌的avUCP表达增加，产热能力提升。结合微生物组与转录组学，共同表明了一种适应性策略，即树麻雀利用其肠道微生物群来调节能量代谢，最终在资源有限的高海拔环境中节约能量。该研究受到国家自然科学基金和青藏高原二次科考项目的资助。
图2 树麻雀冬夏两季高低海拔肠道微生物组成
此外，6月26日，北京林业大学薄亭贝副教授联合中国科学院动物研究所、中国疾病控制中心传染病预防控制所在环境毒理学一区期刊Ecotoxicology and Environmental Safety杂志发表题为 “Small mammal activities structure fine-scale soil microbial communities and coordinate rodenticide effects in the typical steppes of China”的研究论文。该项研究以布氏田鼠（Lasiopodomys brandtii）为对象，首次探讨了中国内蒙古草原啮齿动物活动和杀鼠剂使用对土壤的相互作用效应。研究发现，布氏田鼠的自然活动和化学药剂灭鼠显著影响洞群不同区域的土壤微生物群落结构。与此同时，田鼠活动和杀鼠剂的使用对土壤抗生素抗性基因和土壤元素循环也有显著影响（图3）。该研究论文中国科学院动物研究所刘伟副研究员和北京林业大学草业与草原学院薄亭贝副教授为共同第一作者。薄亭贝副教授和中国科学院动物研究所肖治术研究员为本文通讯作者。本研究得到国家自然科学基金重大项目和中国科学院动物研究所自主创新科研计划,以及国家自然科学基金和科技基础资源调查计划的支持。
图3 田鼠活动和杀鼠剂的使用对土壤抗生素抗性基因和土壤元素循环的影响
文章链接：
1. Bo TB, Xu XM, Liu H, Tang LQ, Xu HL, Zhao SQ, Lv JZ and DH Wang 2025 Convergent gut microbial functional strategies drive energy metabolism adaptation across Ursidae species and challenge the uniqueness of giant panda. The ISME Journal (https://doi.org/10.1093/ismejo/wraf201).
2. Tingbei Bo, Gang Song, Mengru Zhang, Xiaoming Xu, Jundong Duan, Huishang She, Yun Fang, Wenting Li, Jing Wen, Jingsong Liu, Dehua Wang, Fumin Lei, Gut microbiota contribute to high-altitude adaptation in tree sparrows, mSystems, Volume 10, Issue 8,https://doi.org/10.1128/msystems.00630-25.
3. Liu W, Bo T, Zhao N, Hu B, Li G, Xiao Z. Small mammal activities structure fine-scale soil microbial communities and coordinate rodenticide effects in the typical steppes of China. Ecotoxicol Environ Saf. 2025 Sep 1;302:118560. doi: 10.1016/j.ecoenv.2025.118560.
作者：薄亭贝
审核人：纪宝明
