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“增加到前所未有的水平”是政府间气候变化专门委员会(IPCC)在其2013年关于气候变化的物理科学基础的报告中描述了二氧化碳，甲烷和氧化亚氮排放量增加的方式。根据美国环境保护局(EPA)，甲烷的大气浓度，温室气体约28倍，比二氧化碳更有力自从18一直稳步增长个世纪，现在已增加了50%，比工业化前水平，每十亿超过1800份。
美国环保署将甲烷排放量的五分之一归功于牲畜，如牛，羊和其他反刍动物。事实上，反刍牲畜是甲烷排放量的最大单一来源，在像新西兰(新西兰)这样的国家，绵羊数量超过7比1，这是一个大问题。然而，在温室气体排放方面，并非所有反刍动物都是平等的。事实证明，产生的甲烷量在相同反刍动物物种的个体动物中差异很大。要弄清楚为什么会这样，由美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)领导的一个研究小组利用高通量DNA测序和专业分析技术，与新西兰农业研究有限公司合作探索绵羊瘤胃内容，了解反刍动物“微生物组”的作用(生活在瘤胃中的微生物)在这个过程中发挥作用。这项研究是2014年6月6日在线发表于Genome Research。
“我们想了解为什么有些绵羊生产很多，有些生产少量甲烷，”DOE JGI主任Eddy Rubin说。“该研究表明纯粹的微生物群是造成这种差异的原因。”
为了解反刍动物产生的甲烷量变化的原因，研究人员利用新西兰的大型绵羊筛查和育种计划，旨在培育低甲烷发酵反刍动物，而不影响其他特性，如繁殖，羊毛和肉质。该团队测量了一组22只绵羊的甲烷产量，从这一组中，他们选择了四只甲烷排放量最低的绵羊，四只排放量最高的绵羊和两只中等排放水平的绵羊。从10只绵羊两次收集的瘤胃宏基因组DNA样本在DOE JGI进行测序，每个产生500亿个碱基数据。
“深度测序研究通过定义微生物对甲烷性状的贡献来促进这一育种计划，除甲烷测量外，还可用于辅助动物选择，”AgResearch有限公司的资深科学家Graeme Attwood表示。纸。
然后，研究小组检查了8只绵羊中产甲烷菌的比例与甲烷排放量最高和最低之间是否存在相关性。在甲烷排放量低的绵羊中，他们发现一种特定种类的产甲烷菌(Methanosphaera)水平升高，而甲烷排放量高的绵羊则另一组产甲烷菌水平升高(Methanobrevibacter gottschalkii))。随后进一步探索，该团队随后确定了甲烷生成途径和一个编码重要甲烷形成反应的基因的三个变体，这些反应涉及甲烷产量的提高。虽然绵羊产甲烷微生物群落结构和产甲烷丰度的整体变化相当微妙，但研究小组报告说，参与甲烷生产的基因表达水平在绵羊间差异更大，表明差异基因调控，可能受氢浓度控制在瘤胃中或通过饲料的停留时间的变化。
“并不是微生物组的实际组成决定排放 - 传统智慧所暗示的 - 但主要是现有微生物中的转录调节产生差异，这是一个在宏基因组学研究中相对较新的概念，”鲁宾说。该团队的研究结果表明，在微生物组水平上减少甲烷排放的新目标。
低甲烷生产绵羊的筛选和育种仍在进行中，重要的是，需要测试低甲烷品系的性状稳定性，以及对生育力或肉类或羊毛生产没有任何影响。此外，正如阿特伍德所指出的那样，“需要鼓励农民将低甲烷动物纳入其羊群中，即用低甲烷动物实现更好的性能或能够获得碳信用额。如果一切顺利，你可以预期在三年内开始引入低甲烷特性，并且随后几年绵羊产业将会出现缓慢但渐进的变化。“
美国能源部科学办公室支持DOE JGI的绵羊瘤胃研究。新西兰畜牧业排放研究全球伙伴关系基金资助了新西兰所做的工作，以支持全球农业温室气体研究联盟畜牧研究小组的目标，以及新西兰农业温室气体研究中心和新西兰牧区温室气体研究联盟提供甲烷筛查数据和动物资源。来自该研究的数据补充了Hungate1000项目产生的基因组序列，该项目旨在从栽培的瘤胃细菌和古细菌产生瘤胃微生物基因组的参考集合，以及瘤胃厌氧真菌和纤毛虫原生动物的代表性培养物。
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