摘要
动物肠道微生物组由细菌、古菌、真菌、病毒与原生生物共同构成，是宿主演化、生理稳态及生态系统稳定性的关键基础。本文综述21世纪全动物类群肠道微生物组在物种多样性、时空分布规律与生理功能方面的研究进展。高通量宏基因组技术推动本领域快速发展，但现有研究存在明显采样偏倚：研究对象多集中于家养脊椎动物与粪便样品，野生动物、无脊椎动物及非细菌类群中仍存在大量未探明的「微生物暗物质」。本文系统阐述肠道微生物介导宿主适应低氧、温度胁迫、外源毒素等极端环境的作用，以及工业化活动破坏共生菌群、加剧生物多样性衰减与动物患病风险的内在机制；融合生态演化理论、多组学技术与空间建模手段，解析微生物跨界互作与功能网络；同时梳理益生菌、粪菌移植、噬菌体疗法、人工合成菌群等转化技术，提出搭建全球合作计划、依托人工智能挖掘资源、建立标准化数据库，助力未来生物多样性保护、气候适应与全球生态健康。
#动物肠道微生物组 #宏基因组学 #宿主适应性 #微生物暗物质 #转化应用
动物肠道微生物组多样性：跨物种与环境的分布特征
海量未知：解析真实微生物多样性
表1 基于宏基因组分箱数据的动物肠道原核生物物种与菌株统计
图1 2019--2025年全球动物肠道原核生物宏基因组研究图谱
2019至2025年全球动物肠道原核宏基因组调研显示，微生物基因组数量大幅攀升，宏基因组分箱（MAG）数量由2,985增至11.2万以上，物种级基因组（SGB）由约1,300种突破21,900种，新物种占比介于13%~97%；家养动物为现有采样主体，野生物种数据可为演化与生态研究提供关键依据。
异质性
图2 肠道微生物的时间异质性与空间异质性
从时间、空间2个维度解析肠道菌群变化；时间维度涵盖个体发育至物种演化历程，空间维度从消化道分区到肠道微生态位逐层划分；结合遗传学、生态理论与多组学技术，阐明空间与时间特征如何决定宿主健康与患病风险。
肠道微生物与宿主环境应答
工业化与人类活动的负面影响
图3 肠道微生物在宿主适应和人为扰动下的双重作用
A：肠道微生物通过调控代谢、体温调节、外源解毒提升宿主抗逆能力，季节与环境变化重塑菌群结构，帮助生物在低温、高温、缺氧等极端条件存活；
B：工业化、圈养模式破坏长期协同演化的原生菌群，抗生素、食品添加剂、环境污染物降低菌群多样性与功能，诱发菌群失调、疫病多发；整体对比体现菌群由协同演化向人为退化的转变。
动物肠道共生系统的生态演化规律
图4 解析动物肠道共生系统生态演化的整合理论框架图
本框架整合自上而下、自下而上双层筛选模型，包含共物种形成、共多样化、宿主跨物种菌群交换等演化模式，结合中性过程与生态位选择理论，用于解析全生物（全基因组）的形成与维持机制。
微生物功能多维解析：从代谢潜能到生态网络
图5 动物肠道微生物生态系统功能整合分析框架
框架分为4大模块：
①各类微生物类群通过捕食、内共生、噬菌体辅助代谢基因、水平基因转移形成种间关联；
②碳氮代谢、胆汁酸转化、群体感应等核心通路支撑群落生理；
③多组学（宏基因组/转录/蛋白/代谢/单细胞）联合解析微生物真实功能；
④空间组学结合器官芯片、3D共培养体外模型实现原位验证，4部分联动实现菌群功能精准预测。
从机理走向应用：面向畜禽养殖的智能生态设计与人工合成生态系统
动物微生物组干预调控：基础研究产业化落地
图6 动物微生物组干预技术产业化转化路径示意图
涵盖益生菌/益生元、粪菌移植、定制合成菌群、微生物编辑4大干预手段，上述技术通过调节肠道屏障、菌群平衡实现畜禽防病促生，同时可作为环境修复、动植物病害防控的生物工具。
21世纪研究展望与关键突破方向
图7 全球动物肠道微生物倡议（GAGMI）框架示意图
本倡议由联合国统筹协调，包含项目设立、落地条件、各方权责、远景规划4项内容，计划10年完成超10万种动植物肠道微生物资源普查，依托全球生物工厂、野外科研站点，联合政府、公益组织与企业，分2阶段挖掘新型功能微生物，助力新型抗菌制剂、低碳养殖与濒危动物保护技术落地。
详细总结
思维导图（mindmap脑图）
参考
Sci China Life Sci. 2026 May 12. doi: 10.1007/s11427-026-3312-5.
Animal gut microbes and microbiomes in the 21st century and beyond
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