我院付和平/袁帅教授团队在草原啮齿动物生态适应研究

方面取得系列进展

草地啮齿动物是草地生态系统中的重要成分，因其对环境的适应性强而长期存活甚至大量繁殖导致严重的草原鼠害发生。然而草原啮齿动物种群如何适应草原干旱和不同海拔高度等环境因素的机制始终是动物生态学的研究热点。为此，我校草业学院付和平/袁帅教授团队以分布范围最广的草原啮齿动物-五趾跳鼠（Orientallactaga sibirica）为研究对象，在全国范围进行了取样。今年以来，该团队围绕“五趾跳鼠对干旱和高海拔的适应机制”连续在国际知名期刊《Molecular Biology and Evolution》（中国科学院一区Top）、《BMC microbiology》（中国科学院二区）、《BMC genomics》（中国科学院二区）和《Global Ecology and Conservation》（中国科学院二区）发表研究论文，揭示了五趾跳鼠对干旱和不同海拔高度等环境因子的多层次适应机制，为小型哺乳动物适应气候变化和高海拔垂直分布提供了理论基础，也为全球变化下的草原鼠害管理提供了科学依据。

在《Molecular Biology and Evolution》发表的研究成果题为“Multiomic analyses reveal the molecular mechanisms of arid adaptation in a desert rodent species”，论文的第一作者为袁帅教授，博士研究生张蓉和金永玲为共同一作，通讯作者为付和平教授、武晓东教授和中国科学院动物研究所张学英副研究员。该研究发现五趾跳鼠通过多机制适应干旱：形态上具更长的耳与后肢辅助散热；生理上可通过增强脂肪和碳水化合物代谢产生更多代谢水；并通过Umod等基因特定氨基酸替换帮助肾脏调渗保水；限水实验也验证了相关基因表达变化，保障其在干旱环境中生存。

Fig. 2. Arid Adaptation in Orientallactaga sibirica. a) Sampling locations ranging from semiarid sites in the west (Asi, Alashan), arid sites (G6, Minle County), and semihumid sites in the east (H4, Zhuolu County and M23, Fengzhen city). b) Annual average temperature (bar charts) and annual precipitation (the line chart) at the different sites. c) Relative tail, ear, and hindfoot length of O. sibirica. n=10 per group. d) Relative tail, ear, and hindfoot length of three rodent species captured in the same arid habitat. *P<0.05. n=10 per group. In the schematic, blue indicates positively selected genes, red indicates upregulated genes, green indicates downregulated genes, purple indicates convergent evolution genes, solid lines indicate direct interactions, and dotted lines indicate indirect interactions.

在《BMC microbiology》发表的研究成果题为“The role of gut microbes in drought adaptation in the five-toed jerboa”，论文的第一作者为博士研究生张昊婷，通讯作者为付和平教授和袁帅教授。该研究揭示五趾跳鼠肠道菌群与干旱适应之间的关系，结果表明干旱胁迫显著改变菌群结构，肠道微生物α多样性增大，与代谢和细胞过程相关的基因丰度随着胁迫时间的延长而增加，还增加了短链脂肪酸产生菌属的数量，预示了五趾跳鼠可能是通过改变肠道菌群的多样性来适应干旱缺水环境。

Fig.2 Gut microbiome composition of samples from different periods in the five-toed jerboa control group and the water stress group: (A) phylum level, (B) genus level.

在《BMC genomics》发表的研究成果题为“Transcriptome analysis of five-toed jerboa organs reveals high-altitude adaptation mechanisms”，论文的第一作者为博士研究生孙姗姗，通讯作者为袁帅教授和付和平教授。该研究分析了不同海拔梯度下五趾跳鼠脏器组织比较转录组，探讨了五趾跳鼠对高海拔环境的适应性机制，为同一种小型哺乳动物不同地理种群在不同微环境中的适应性提供了理论基础，并为深入探索哺乳动物高海拔适应性机制提供了重要的参考依据，而且可为低氧诱导的人类疾病提供新的研究思路。

Fig.10 Schematic diagram of candidate genes involved in high-altitude adaptation in the heart (a), lung (b), and kidney (c). Red represents up-regulated genes, and green represents down-regulated genes.

在《Global Ecology and Conservation》发表的研究成果题为“Ecological responses of Orientallactaga sibirica: Variations in body size and trophic niche across changing habitats”，论文的第一作者为硕士研究生布仁其其格和李鑫副教授，通讯作者为付和平教授和袁帅教授。该研究通过分析不同环境梯度下五趾跳鼠的营养生态位及体型变化，发现五趾跳鼠体型随海拔和降水量增加而增大，随温度升高而缩小；营养生态位在中等海拔和湿润环境中更宽，表现出其对环境资源变化的适应性。

以上文章的第一完成单位均为内蒙古农业大学。研究工作得到草地资源教育部重点实验室、草地啮齿动物生态学与鼠害控制自治区高等学校重点实验室，阿拉善左旗荒漠生态与鼠害监测防控内蒙古自治区野外科学观测研究站及东乌珠穆沁旗典型草原有害生物防控内蒙古自治区野外科学观测研究站的支持，得到国家重点研发计划（2024YFD14005），国家自然科学基金项目（No. 32060256, 32060395）、内蒙古自治区科技重大专项（No. 2021ZD0006），草原生态保护修复治理补助（No. Z75070050001-2110405），内蒙古农业大学重大项目（No. NDZD201801）等项目资助以及草学学科揭榜挂帅项目和高等学校基本科研业务费（团队项目）支持。