“增加到前所未有的水平”是政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)在其2013年關(guān)于氣候變化的物理科學(xué)基礎(chǔ)的報(bào)告中描述了二氧化碳，甲烷和氧化亞氮排放量增加的方式。根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)，甲烷的大氣濃度，溫室氣體約28倍，比二氧化碳更有力自從18一直穩(wěn)步增長(zhǎng)個(gè)世紀(jì)，現(xiàn)在已增加了50%，比工業(yè)化前水平，每十億超過(guò)1800份。

美國(guó)環(huán)保署將甲烷排放量的五分之一歸功于牲畜，如牛，羊和其他反芻動(dòng)物。事實(shí)上，反芻牲畜是甲烷排放量的最大單一來(lái)源，在像新西蘭(新西蘭)這樣的國(guó)家，綿羊數(shù)量超過(guò)7比1，這是一個(gè)大問(wèn)題。然而，在溫室氣體排放方面，并非所有反芻動(dòng)物都是平等的。事實(shí)證明，產(chǎn)生的甲烷量在相同反芻動(dòng)物物種的個(gè)體動(dòng)物中差異很大。要弄清楚為什么會(huì)這樣，由美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組利用高通量DNA測(cè)序和專業(yè)分析技術(shù)，與新西蘭農(nóng)業(yè)研究有限公司合作探索綿羊瘤胃內(nèi)容，了解反芻動(dòng)物“微生物組”的作用(生活在瘤胃中的微生物)在這個(gè)過(guò)程中發(fā)揮作用。這項(xiàng)研究是2014年6月6日在線發(fā)表于Genome Research。

“我們想了解為什么有些綿羊生產(chǎn)很多，有些生產(chǎn)少量甲烷，”DOE JGI主任Eddy Rubin說(shuō)。“該研究表明純粹的微生物群是造成這種差異的原因。”

為了解反芻動(dòng)物產(chǎn)生的甲烷量變化的原因，研究人員利用新西蘭的大型綿羊篩查和育種計(jì)劃，旨在培育低甲烷發(fā)酵反芻動(dòng)物，而不影響其他特性，如繁殖，羊毛和肉質(zhì)。該團(tuán)隊(duì)測(cè)量了一組22只綿羊的甲烷產(chǎn)量，從這一組中，他們選擇了四只甲烷排放量最低的綿羊，四只排放量最高的綿羊和兩只中等排放水平的綿羊。從10只綿羊兩次收集的瘤胃宏基因組DNA樣本在DOE JGI進(jìn)行測(cè)序，每個(gè)產(chǎn)生500億個(gè)堿基數(shù)據(jù)。

“深度測(cè)序研究通過(guò)定義微生物對(duì)甲烷性狀的貢獻(xiàn)來(lái)促進(jìn)這一育種計(jì)劃，除甲烷測(cè)量外，還可用于輔助動(dòng)物選擇，”AgResearch有限公司的資深科學(xué)家Graeme Attwood表示。紙。

然后，研究小組檢查了8只綿羊中產(chǎn)甲烷菌的比例與甲烷排放量最高和最低之間是否存在相關(guān)性。在甲烷排放量低的綿羊中，他們發(fā)現(xiàn)一種特定種類的產(chǎn)甲烷菌(Methanosphaera)水平升高，而甲烷排放量高的綿羊則另一組產(chǎn)甲烷菌水平升高(Methanobrevibacter gottschalkii))。隨后進(jìn)一步探索，該團(tuán)隊(duì)隨后確定了甲烷生成途徑和一個(gè)編碼重要甲烷形成反應(yīng)的基因的三個(gè)變體，這些反應(yīng)涉及甲烷產(chǎn)量的提高。雖然綿羊產(chǎn)甲烷微生物群落結(jié)構(gòu)和產(chǎn)甲烷豐度的整體變化相當(dāng)微妙，但研究小組報(bào)告說(shuō)，參與甲烷生產(chǎn)的基因表達(dá)水平在綿羊間差異更大，表明差異基因調(diào)控，可能受氫濃度控制在瘤胃中或通過(guò)飼料的停留時(shí)間的變化。

“并不是微生物組的實(shí)際組成決定排放 - 傳統(tǒng)智慧所暗示的 - 但主要是現(xiàn)有微生物中的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)產(chǎn)生差異，這是一個(gè)在宏基因組學(xué)研究中相對(duì)較新的概念，”魯賓說(shuō)。該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果表明，在微生物組水平上減少甲烷排放的新目標(biāo)。

低甲烷生產(chǎn)綿羊的篩選和育種仍在進(jìn)行中，重要的是，需要測(cè)試低甲烷品系的性狀穩(wěn)定性，以及對(duì)生育力或肉類或羊毛生產(chǎn)沒(méi)有任何影響。此外，正如阿特伍德所指出的那樣，“需要鼓勵(lì)農(nóng)民將低甲烷動(dòng)物納入其羊群中，即用低甲烷動(dòng)物實(shí)現(xiàn)更好的性能或能夠獲得碳信用額。如果一切順利，你可以預(yù)期在三年內(nèi)開(kāi)始引入低甲烷特性，并且隨后幾年綿羊產(chǎn)業(yè)將會(huì)出現(xiàn)緩慢但漸進(jìn)的變化。“

美國(guó)能源部科學(xué)辦公室支持DOE JGI的綿羊瘤胃研究。新西蘭畜牧業(yè)排放研究全球伙伴關(guān)系基金資助了新西蘭所做的工作，以支持全球農(nóng)業(yè)溫室氣體研究聯(lián)盟畜牧研究小組的目標(biāo)，以及新西蘭農(nóng)業(yè)溫室氣體研究中心和新西蘭牧區(qū)溫室氣體研究聯(lián)盟提供甲烷篩查數(shù)據(jù)和動(dòng)物資源。來(lái)自該研究的數(shù)據(jù)補(bǔ)充了Hungate1000項(xiàng)目產(chǎn)生的基因組序列，該項(xiàng)目旨在從栽培的瘤胃細(xì)菌和古細(xì)菌產(chǎn)生瘤胃微生物基因組的參考集合，以及瘤胃厭氧真菌和纖毛蟲原生動(dòng)物的代表性培養(yǎng)物。