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[交大智慧]上海交大等单位合作研究揭示土壤微生物菌群的群落构建机制

来源:win007足球即时比分 发布时间 :2019-12-04  阅读次数 :3644

近日,美国微生物学会刊物mSystems在线刊登了球探比分007、微生物代谢国家重点实验室与合作单位法国里昂中央理工大学及华东理工大学在土壤菌群的群落构建机制方面的最新研究论文“Variability in the response of bacterial community assembly to environmental selection and biotic factors depends on the immigrated bacteria as revealed by a soil microcosm experiment”。 win007足球即时比分博士生吴晓刚为论文第一作者,张晓君研究员为通讯作者。

 

在微生物群落的构建过程中,菌群的迁入(immigration)和环境选择(environmental selection)被认为会影响菌群的结构。已有研究结果中,一部分研究论文支持环境选择是决定群落结构的首要因素,认为菌群的构建是基于环境因素和营养水平的确定性过程;而另一部分研究论文则认为迁入菌群是决定群落结构的首要因素,即细菌群落的构建是由那些能够进入其生活环境的微生物种类决定的。由此可以发现,在不同的研究中,菌群的迁入过程和环境选择的相对重要性是不同的。而造成这种不确定性的原因也一直是困惑学术界的问题。

 

在该项研究中,研究小组模拟群落构建的过程,探究了接种物因素和受体因素分别在群落构建中的相对重要性。具体地,研究小组采集了来自农田(ONS)和受较严重污染的工业用地(ACS)两种环境的土壤,以灭菌土壤作为受体,未灭菌土壤作为接种物,分别进行了交换接种和自我接种培养实验,并以高通量测序技术分析获得样品群落的组成结构。

 

 

结果表明,影响菌群结构的首要关键因素是接种物类型,其次才是受体类型和理化因素。本研究中两种接种物的菌群多样性差异显著,且都有多样的不同类型的生态等价细菌(ecologically equivalent bacteria)。生态等价细菌是指可以适应不同土壤环境的细菌,而非等价细菌则只能适应特定土壤环境。基于beta多样性分析和方差分解分析的结果,论文提出了菌群构建机制的模型(如下图)。当接种物中含有多种不同种类的生态等价细菌时,接种物因素决定了群落结构,此时迁入菌群的解释度是高于环境选择的。与之相反的是,当接种物中只含有相同种类的生态等价细菌时,土壤受体类型与理化条件会筛选出接种物中各自对应的非等价细菌,使得不同受体的菌群出现差异,此时环境选择过程成为群落结构的决定因素。因此,在自然环境中,当迁入菌群显著不同时,菌群中含有相异的生态等价细菌,迁入的菌群比环境选择在群落构建过程中更加重要。而当迁入菌群的组成相似时,菌群中含有相同的生态等价细菌,环境选择的效应就会在菌群构建过程中更为明显。

 

 

该论文首次阐明了以往研究中以迁入菌群和环境选择解释群落构建机制时结果存在差异性的原因,以多维的思路解析了土壤菌群的群落构建机制。论文将有助于为操控复杂菌群的构建、维持和高效功能发挥提供理论指导。

 

该研究项目获得国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。

 

论文链接:https://msystems.asm.org/content/4/6/e00496-19

 

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