Science！缪炜/熊杰/毛胜勇/邱强合作发现调控反刍动物甲烷排放的关键细胞器

反刍动物养殖是全球甲烷排放的重要来源，而这种强效温室气体的产生与瘤胃中的微生物群落密切相关。其中，纤毛虫虽占据瘤胃微生物生物量的四分之一，其如何促进甲烷生成，长期以来却缺乏清晰的分子机制解释。

2026年4月30日，中国科学院水生生物研究所缪炜、熊杰、南京农业大学毛胜勇和西北工业大学邱强团队共同通讯在《科学》杂志上发表题为《Rumen ciliates modulate methane emissions in ruminants》的研究论文。该团队通过大规模单细胞测序与宏基因组分析，构建了包含450个瘤胃纤毛虫基因组的参考目录，并在此基础之上，揭示了纤毛虫通过一种此前未知的细胞器——“氢小体”（Hydrogenobody）影响甲烷排放的机制。

研究过程中，团队首先对来自奶牛、绵羊、山羊和鹿等反刍动物的纤毛虫进行了长达四年的采样与单细胞分离，结合HiFi测序和自建的基因组去污染流程，最终获得了450个高质量基因组，其中87%为首次报道。利用这一资源，他们分析了近2000份瘤胃宏基因组和宏转录组数据，并实测了100头奶牛的甲烷排放量。结果显示，纤毛虫的丰度、产甲烷菌的活性与甲烷排放量之间存在显著的正相关。

进一步的电镜与蛋白定位研究发现，纤毛虫体内存在一种由单层膜包裹的全新细胞器——氢小体。它定位于纤毛基体附近，内部富含特有的氢化酶和氧还原酶。与常见的双层膜氢化酶体不同，氢小体应起源于内膜系统。研究还发现，不同纤毛虫种类中氢小体的数量差异巨大：全毛亚纲纤毛虫的纤毛覆盖面积更大，其氢小体数量是内毛亚纲的数十倍，从而具备更强的产氢和耗氧能力，能更有效地刺激产甲烷菌的活性。体外培养与模拟瘤胃发酵实验也证实，全毛类纤毛虫占比越高，甲烷产量越大。

这一发现不仅为理解瘤胃甲烷生成提供了全新的细胞生物学基础，也为减排干预指明了潜在靶点。未来或可针对氢小体中的关键酶或特定纤毛虫类群，开发更具选择性的调控策略，以降低反刍动物养殖的环境负担。

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