环境微生物专栏 | 近期重要期刊最值得看的研究进展盘点（20210625）

The ISME Journal

科研| ISME：无刺蜜蜂分支中远古关联肠道细菌共生体的灭绝

本文由R.A Uyghurii编译 

    巴西联邦第六大学微生物学系Alan Emanuel Silva Cerqueira等人于2021年5月18日在The ISME Journal 发表题为《Extinction of anciently associated gut bacterial symbionts in a clade of stingless bees》的文章。微生物共生体促成了许多动物谱系的多样化。宿主微生物的关联通常是稳定的；然而，远古共生体可能会消失，有时会被新的共生体所取代。这些转变可能是由共生体功能的侵蚀或宿主生态的变化驱动的。目前，在肠道共生体（symbionts）的转变和生存的机制尚不清楚。本研究中，作者调查了巴西无刺蜜蜂的肠道微生物群，重点是Melipona属，为此我们取样了多种物种和生物群落。作者发现，Melipona缺少广泛存在于其他群居的蜜蜂中细菌共生体：Snodgrassella和Gilliamella，取而代之的是蜜蜂特有的Starmerella酵母，该结果表明即使是长期共生的微生物群也会发生演化。总而言之，作者在该研究中报告了蜜蜂和特殊肠道远古共生细菌之间长期共生关系的解除，对无刺蜜蜂的实验研究会为我们深入了解蜜蜂微生物群的功能基础和动态特性提供一些新的见解。

摘要：动物-微生物共生体通常会保持稳定至数百万年。而对应的一个例子是由群居的蜜蜂：蜜蜂、大黄蜂和无刺蜜蜂组成的分支，在这些分支中，一个共同的祖先获得了特殊的肠道细菌，这些细菌随后随宿主多样化。然而，这种模式可能是不完整的，因为没有刺的蜜蜂的微生物群很少，而这些蜜蜂在热带地区是生态上占优势，种类繁多的传粉者。我们调查了巴西无刺蜜蜂的肠道微生物群，重点是Melipona属，为此我们取样了多种物种和生物群落。引人注目的是，Melipona缺少广泛存在于其他群居的蜜蜂中细菌共生体：Snodgrassella和Gilliamella。取而代之的是，Melipona物种拥有更多的环境细菌和蜜蜂特有的Starmerella酵母。Snodgrassella和Gilliamella的丧失可能源于Melipona的生态变化或作为功能替代物的新共生体的获得。我们的发现证明了广泛采样微生物多样性的价值，并表明即使是远古的共生体也可能消失。

原名：Extinction of anciently associated gut bacterial symbionts in a clade of stingless bees

译名：无刺蜜蜂分支中远古关联肠道细菌共生体的灭绝

期刊：The ISME Journal

IF：9.180

发表时间：2021.5.18

通讯作者：Alan Emanuel Silva Cerqueira

通讯作者单位：巴西联邦第六大学微生物学系

DOI号：0.1038/s41396-021-01000-1

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41396-021-01000-1

科研| The ISME Journal：精选的少数-生物群落中常见和稀有土壤细菌的变化

本文由耗子编译

   瑞士苏黎世联邦理工学院生物地球化学与污染动力学研究所和陆地生态系统研究所的Samuel Bickel等人于2021年5月25日在The ISME Journal发表题为《The chosen few-variations in common and rare soil bacteria across biomes》的文章，研究通过收集已公布的关于土壤细菌群落组成的全球数据集，主要结合机械模型、基于个体的空间显性模型（SIM）两种统计学模型对陆地生物群落不同条件下产生普遍性和稀有性模式的机制进行研究，并提出了一种新的常见和稀有细菌分类方法。研究结果对未来量化气候变化对细菌普遍性和稀有性的功能潜力具有重要借鉴意义。

摘要：土壤细菌群落主要由较为丰富的物种组成，它们的丰富度与稀有物种有关，而稀有物种的生态作用和生物地理学特征基本未知。该研究采用一种新的常见和稀有细菌分类方法对以前公布的土壤细菌群落数据进行分析表明，只有0.4%的细菌物种被认定为常见物种，它们在生物群落中普遍存在。而稀有物种是地方性的，相对丰度较低。结合机械模型的观察发现，土壤湿度在形成细菌稀有性中具有核心作用。基于个体的模型揭示了在干旱土壤中由低碳输入导致的群落组成的系统变化，这种变化剥夺了常见物种相对于其他物种表现出的生理优势。我们发现，只有“精选的少数”常见物种在生物群落中形成细菌群落；而在资源有限的环境中，它们的贡献则受到限制，因为这时大量稀有物种构成了土壤微生物群。

原名：The chosen few-variations in common and rare soil bacteria across biomes

译名：精选的少数-常见和稀有土壤细菌的变化

期刊：The ISME Journal

IF：9.18

发表时间：2021.5.25

通讯作者：Samuel Bickel

通讯作者单位：瑞士苏黎世联邦理工学院生物地球化学与污染动力学研究所；瑞士苏黎世联邦理工学院陆地生态系统研究所

DOI号：10.1038/s41396-021-00981-3

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41396-021-00981-3

在全球范围内追踪各种环境条件下的常见和稀有土壤细菌示意图

npj Biofilms and Microbiomes

科研 | npj biofilms microbi：瘤胃微生物群的实时监测揭示了其在奶山羊亚急性瘤鼠酸中毒中的作用

本文由艾奥里亚编译

   西北农林科技大学（Northwest A&F University）的Xiaodong Chen于2021年05月14日在npj biofilms and microbiomes上发表题为《Real-time monitoring of ruminal microbiota reveals their roles in dairy goats during subacute ruminal acidosis》的文章，该校姚军虎和瑞典卡罗琳斯卡医学院（karolinska institutet）的Shengru Wu共同担任该研究通讯作者。本研究中，笔者假设，将亚急性瘤胃酸中毒（SARA）奶山羊瘤胃微生物移植到抗生素处理的小鼠体内，可以转移关键细菌，诱发类似于SARA的肠道症状。为了验证这一假设，笔者首次采用具有SARA的奶山羊模型，利用16s rRNA基因测序技术实时监测SARA山羊瘤胃细菌群落的变化。利用瘤胃微生物移植（RMT）方法进一步检测了瘤胃细菌群落在谷物诱发亚急性瘤胃酸中毒的奶山羊瘤胃内脂多糖和炎症中的作用。通过研究笔者发现，健康奶山羊与SARA奶山羊供体瘤胃细菌群落和发酵模式存在显著差异。RMT后，在结肠中发现了与瘤胃相似的发酵模式，结肠微生物菌群也与供体更接近。这些结果表明，小鼠结肠可以在一定程度上反映瘤胃微生物组成的变化。同时，RMT也将SARA的炎症反应转移到小鼠结肠。本研究为理解亚急性瘤胃酸中毒的发病机制提供了基础数据，为利用无菌或抗生素预处理小鼠作为模型动物验证反刍动物胃肠道微生物的功能提供了新的视角。

摘要：高谷物饮食会导致瘤胃微生物菌群变化频繁，并引发亚急性瘤胃酸中毒（SARA）。通过构建谷物诱导山羊SARA模型，我们使其瘤胃pH值显著降低至5.6以下，并使得瘤胃脂多糖浓度增加，从而实时监测细菌的变化。在喂食6小时后每隔1小时进行检测，通过16s rRNA基因测序我们发现，SARA组和健康组山羊之间的细菌显著差异。饲养6 h后，两组间有29个常见差异属均与pH和脂多糖含量的变化有关。从SARA山羊供体中移植的微生物群可以在抗生素预处理的小鼠中诱发结肠炎症。综上所述，通过实时监测，我们发现了健康和SARA山羊瘤胃细菌群落和瘤胃发酵模式的显著差异，随后我们将瘤胃微生物移植到抗生素处理的小鼠上进行进一步测定。

原名：Real-time monitoring of ruminal microbiota reveals their roles in dairy goats during subacute ruminal acidosis

译名：瘤胃微生物群的实时监测揭示了其在奶山羊亚急性瘤鼠酸中毒中的作用

期刊：npj biofilms and microbiomes

IF：7.067

发表时间：2021.05.14

通讯作者：姚军虎，Shengru Wu

通讯作者单位：西北农林科技大学（Northwest A&F University），瑞典卡罗琳斯卡医学院 （karolinska institutet）

DOI号：10.1038/s41522-021-00215-6

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41522-021-00215-6

科研| npj Biofilms and Microbiomes：成年蜜蜂肠道中细菌和真菌微生物群的划分

本文由丁丁猫编译

   沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学红海研究中心的Daniele Daffonchio与意大利米兰大学的Elena Crotti等人于2021年5月7日在npj Biofilms and Microbiomes发表题为《Compartmentalization of bacterial and fungal microbiomes in the gut of adult honeybees》的文章。本研究中成年采食蜜蜂样本在2016年9月至2018年10月和2019年5月至2020年1月期间分别收集于意大利农业、森林和食品科学部的试验养蜂场及沙特阿拉伯各地。采用了分子、生化和微传感器相结合的方法，对蜜蜂四个肠道隔间（作物、中肠、回肠和直肠）中的微生物群落多样性以及肠道代谢物、氧浓度、pH值和氧化还原电位的变化进行了表征，以探索肠道微生物群的可变性，确认蜜蜂肠道中存在一致的核心细菌及其划分，并揭示这种在此空间模式下可以保存从环境中获得的不属于核心微生物类群的细菌和真菌。

摘要：成年蜜蜂肠道的核心微生物群包括一系列常见的细菌，以及不同环境下的特异、可变和低丰度的细菌种系。核心的和特异的细菌类群服务了宿主的一些相互作用和功能，包括生长、激素信号和行为。相比之下，肠道中微环境细菌和真菌类群的多样性和分布仍被忽视。在本研究中，我们假设觅食蜜蜂的微生物组分（即核心细菌、微环境细菌和真菌）是顺着肠道部分划分的。在不同肠室的理化条件下，我们研究了这三种微生物组分的多样性和分布特征。我们观察到，肠道中三种微生物组分的分布和丰度变化始终是区别特异的，这表明宿主和微生物组之间生态和生理的相互作用随肠道理化和代谢条件的变化而变化。

原名：Compartmentalization of bacterial and fungal microbiomes in the gut of adult honeybees

译名：成年蜜蜂肠道中细菌和真菌微生物群的划分

期刊：npj Biofilms and Microbiomes

IF：7.067

发表时间：2021.5.7

通讯作者：Daniele Daffonchio， Elena Crotti

通讯作者单位：沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学红海研究中心（RSRC）生物、环境科学与工程学部（BESE），意大利米兰大学食品、营养和环境科学系

DOI号：10.1038/s41522-021-00212-9

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41522-021-00212-9

mSystems

科研| mSystems：海洋群落代谢组携带浮游植物群落组成的指纹图谱

本文由咖啡里的茶编译

   华盛顿大学海洋学院Anitra E. Ingalls于2021年5月4日在mSystems发表题为《Marine Community Metabolomes Carry Fingerprints of Phytoplankton Community Composition》的文章，这篇文章的主要目的是通过确定自然海洋群落中跨空间的代谢物库，以探索已知和未知化合物的分布。将现场观察与来自广泛分类范围的养殖海洋初级生产者的代谢组学进行比较，并揭示了初级生产者如何在塑造表层海洋的化学环境中发挥积极作用。强调了小极性化合物可能是海洋系统中潜在的重要能量和营养管道。这些发现有助于理解浮游植物的化学组成是如何塑造海洋微生物群落的，其中感知和利用生物分子的能力取决于其化学结构。

摘要：浮游植物将无机碳转化成成千上万的生物分子，这些生物分子代表了表层海洋中固定碳、氮和硫的重要来源。不同的浮游植物产生的代谢物不同，这些分子通过微生物食物网的通量取决于更广泛的微生物群落成员的化合物特异性生物利用度。然而，对海洋浮游生物中代谢物的多样性和浓度却知之甚少。本研究比较了21种人工培养浮游植物和自然浮游生物群落中的313种极性代谢物，通过环境梯度来揭示整体群落代谢组反映的浮游植物群落的化学组成。我们还发现，各组化合物在空间和分类学上具有相似的模式，这表明这些化合物在环境中的浓度由相似的源和汇控制。我们量化了表层海洋中的几种化合物，它们代表了大量研究不足的不稳定碳库。例如，含氮代谢物龙虾肌碱（homarine）的颗粒碳含量高达3%，由培养的聚球藻属（Synechococcus）以高浓度产生，而含硫的gonyol在表面颗粒中积累高达2.5 nM，可能来源于鞭毛藻类（dinoflagellates）或定鞭金藻（haptophytes）。我们的结果表明，浮游植物的组成直接决定了表层海洋的碳组成。我们的发现表明，为了获得这些生物可利用碳库，更广泛的微生物群落必须适应浮游植物群落组成 

关键词：浮游植物、代谢组学、北太平洋、HILIC、龙虾肌碱、葫芦巴碱、gonyol、硅藻类、微生物生态学、微生物循环

原名：Marine Community Metabolomes Carry Fingerprints of Phytoplankton Community Composition

译名：海洋群落代谢组携带浮游植物群落组成的指纹图谱

期刊：mSystems

IF：6.633

发表时间：2021.5.4

通讯作者：Anitra E. Ingalls

通讯作者单位：华盛顿大学海洋学院

DOI号：10.1128/mSystems.01334-20

原文链接：

https://msystems.asm.org/content/6/3/e01334-20

Environmental Microbiology

科研| Environmental Microbiology：农田土壤中刺激性腐生真菌将活性延伸到作物幼苗的根际和根系微生物中

本文由小雨编译 

    荷兰瓦赫宁根生态研究所微生物生态中心Wietse de Boer等人于2021年5月10日在Environmental Microbiology发表题为《Stimulated saprotrophic fungi in arable soil extend their activities to the rhizosphere and root microbiomes of crop seedlings》的文章。本研究通过添加高碳土壤改良剂(锯末)增强作物幼苗根际腐生真菌的丰度、活性和相互作用关系对集约化管理土壤这一简单微生物群落进行研究，来降低作物生长的负面影响。研究发现土壤高碳改良剂刺激的真菌将其生长和活性延伸到幼苗根际甚至幼苗的根系内部。表明添加锯末是增加腐生真菌的贡献和增强集约化管理土壤功能的一个可行的选择。这为可持续作物种植的进一步发展提供了一个重要的视角。

摘要：腐生真菌在生态系统功能和植物生长中起着重要的作用，但在集约化管理的农田土壤中丰度较低。可以通过改良富纤维素材料提高耕地土壤中腐生真菌的生物量。我们研究了锯末刺激的腐生真菌是否能将它们的活性延伸到作物幼苗的根际，并影响其他根际和根系群落的组成和活性。在锯末改良的农田土壤上种植胡萝卜幼苗，测定了根、根际和土壤中真菌和细菌的生物量及群落结构。幼苗进行¹³CO₂脉冲标记后，通过稳定同位素探针技术(SIP)评价根系分泌物的利用。这与脂质脂肪酸(PLFA/NLFA-SIP)和核酸(DNA-SIP)的分析相结合。锯末刺激的粪壳菌纲（Sordariomycetes）定植在幼苗的根际和根系，并增强了根系分泌物的消耗。这并没有降低细菌的丰度和活性，但观察到了更高比例的α-变形菌（α-Proteobacteria）和拟杆菌纲（Bacteroidia）。菌根真菌的生物量和活性随着锯末改良剂的增加而增加，而含有植物病原菌的功能群对分泌物的消耗和根系定植没有改变。对农田土壤进行锯末改良，提高了作物幼苗根际腐生真菌的丰度和分泌物消耗，并促进了根系相关微生物群落中潜在的有益微生物群形成。

关键词：有机改良剂、根际微生物、根系微生物、腐生真菌、稳定同位素探针、可持续农业

原名：Stimulated saprotrophic fungi in arable soil extend their activities to the rhizosphere and root microbiomes of crop seedlings

译名：农田土壤中刺激性腐生真菌将活性延伸到作物幼苗的根际和根系微生物中

期刊：Environmental Microbiology

IF：4.933

发表时间：2021.05.10

通讯作者：Wietse de Boer

通讯作者单位：荷兰，瓦赫宁根生态研究所，微生物生态中心

DOI号：10.1111/1462-2920.15563.

原文链接： 

https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/1462-2920.15563

Advances in Applied Microbiology

综述| Advances in Applied Microbiology：水分胁迫下植物与根际微生物之间的互作

本文由小石头编译 

   美国南密西西比大学生物、环境和地球科学学院Dmitri V.Mavrodi等人于2021年4月16日在Advances in Applied Microbiology发表题为《Rhizosphere plant-microbe interactions under water stress》的综述性文章。本文从①旱地农业与全球气候变化；②植物对水分胁迫的响应；③根际微生物群能够缓解植物干旱胁迫；④根际细菌如何保护植物免受干旱胁迫；⑤水分胁迫塑造根际微生物群落；⑥根际微生物对水分胁迫的响应；⑦根状茎在植物微生物组的胁迫选择中的作用；⑧水分胁迫下，旱地小麦与假单胞菌的植物与根际微生物互作模型等8个方面进行了综合性阐述。最后提出利用有助于植物健康的共生有益微生物来最大限度提高作物的产量，以及抵抗生物和非生物胁迫的重要性。

摘要：气候变化如极端的温度、天气和降水一直是旱地农民关注的全球性问题。目前在农业生产中，农民常通过结合农艺实践，种植耐旱作物来应对气候变化。植物通过调控蒸腾作用，改变根系导水率而提高水分利用率以应对水分胁迫。植物这一系列反应是由植物激素网络介导的应激反应途径激活的代谢变化来完成。同时这些反应会导致光合活性下降和代谢产物积累，以维持植物体内正常的渗透性和氧化还原反应。由植物维持的多样性微生物群通过调节植物根际激素水平，产生隔水生物膜来提高植物的抗旱性。美国内陆太平洋西北部的旱地研究表明农作物与其相关的微生物群之间具有互相依赖性。研究者在当地长期小麦单作的土壤中筛选出的假单胞菌属（Pseudomonas spp.）能够产生抗生素来抑制根系病害，土壤湿度是该菌的分布、运动以及活性的重要因素因素。这些假单胞菌具有丰富的根际生物膜，能够产生吩嗪类抗生素以提高小麦的抗旱性，这表明吩嗪类抗生素可以缓解植物的干旱胁迫。转录组（transcriptome）和代谢组（metabolome）研究表明，小麦根系分泌物衍生出的渗透保护性物质对假单胞菌适应根际生活十分重要，并支持该观点：在水分胁迫下，植物根系和微生物之间的代谢物交换影响并重塑植物根际微生物组。

关键词：根际、干旱、根系分泌物、微生物组

原名：Rhizosphere plant-microbe interactions under water stress

译名：水分胁迫下植物与根际微生物之间的互作

期刊：Advances in Applied Microbiology

IF：3.343

发表时间：2021.04.16

通讯作者：Dmitri V.Mavrodi

通讯作者单位：美国南密西西比大学生物、环境和地球科学学院

DOI号：10.1016/bs.aambs.2021.03.001

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0065216421000034

西北太平洋内陆地区独特的旱地小麦产区示意图

综述 | Advances in Applied Microbiology：环境毒性试验中的微生物生物试验

本文由艾奥里亚编译

   葡萄牙里斯本大学（Universidade de Lisboa）的Cristina A. Viegas于2021年04月20日在Advances in Applied Microbiology上发表题为《Microbial bioassays in environmental toxicity testing》的文章，并担任该研究通讯作者。工业、农业、家庭以及保健部门所使用的化学物质的数量和种类的不断增加，使得人们越来越关注于农业径流（扩散源）以及工业（点源）的潜在环境排放，这些潜在排放会对水生和土壤等生态系统中的非靶标生物菌群产生毒理学（生态毒理学）影响。虽然近年来技术和方法的进步提高了化学检测的灵敏度，但化学分析在感知环境污染物的真实影响方面存在局限性。本研究基于生态毒性测定，基于微生物的生态毒性试验（细菌，真菌以及酵母菌等微生物在表观，群落结构以及在基因水平上的研究），基于微生物转录组学技术上的毒理学（生态毒理学）分析以及基于微生物的生物传感器等方面，概述了目前发展以及使用的微生物毒性生物测定的最新进展。这些数据可更好的评估环境污染物的实际毒性、遗传毒性或其他毒理学结果，这对于补充环境样品的化学分析来说是必不可少的。

摘要：化学品的意外泄漏以及滥用可能导致环境污染（现阶段污染以及历史遗留污染问题），并对生态系统中可能的毒理学（生态毒理学）次级效应和非目标微生物以及高等真核生物（包括人类）造成危害。在过去几十年里，科学家和监管机构一直面临着这样一种需求：彻底筛选、优先排序同时预测大量对生物系统产生有害影响的现有的以及新兴的外来生物、废水和环境样本。在这一背景下，有必要开发和验证以微生物（如细菌、微藻、酵母菌、丝状真菌、原生动物）为基础的毒性（生态毒性）生物测定，这些微生物的数据对可能暴露在受污染环境中的环境生物（甚至是微生物）具有重要的意义。这些通常简单、快速和具有成本效益的生物测定可能是更复杂、更长期的以动物为基础的传统生态毒性试验的补充。为了突出以微生物为基础的生物测定在毒性（生态毒性）测试中作为非动物替代品的潜在应用价值，本文通过对具有不同毒性终点的相对近期的研究进行总结，概述了目前发展以及使用微生物毒性生物测定的最新进展。这些研究涉及了从更传统的以微藻和细菌为基础的测定方式，到更创新的微生物转录谱和基因表达生物分析方法的有关毒理学（生态毒理学）的生物测定方法。 

关键字：生态毒理，基因毒性，非动物生物测定，微生物测定，单种生物测定法，多种生物试验方法，以酵母菌为基的测定法，宾主共栖生物，环境样本

原名：Microbial bioassays in environmental toxicity testing

译名：环境毒性试验中的微生物生物试验

期刊：Advances in Applied Microbiology

IF：3.343

发表时间：2021.04.20

通讯作者：Cristina A. Viegas

通讯作者单位：葡萄牙里斯本大学（Universidade de Lisboa）

DOI号：10.1016/bs.aambs.2021.03.002

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0065216421000046