环境周报 | 微生物重要期刊最新研究进展（20210726）

Microbiome

科研| Microbiome：冰川的冰层记录了近15000年前的微生物和噬菌体

本文由R.A 编译

美国俄亥俄州立大学微生物科学中心的Matthew B. Sullivan和美国俄亥俄州立大学伯德极地和气候研究中心的Lonnie G. Thompson等人于2021年7月20日在Microbiome发表题为《Glacier ice archives nearly 15,000-year-old microbes and phages》的文章。关于冰川冰中微生物的最早报告出现在20世纪初，已有的研究显示在大多数冰川冰样品中微生物细胞浓度为10²-10⁴/ml⁻¹，比海水或土壤等其他环境低几个数量级。尽管我们不能排除沉积后微生物的代谢，冰川岩芯中鉴定出的微生物可能代表了沉积时大气中的微生物。据报道，冰川岩芯的微生物群落与灰尘和离子浓度的变化相关。因此，冰川冰微生物可能反映了沉积期间的气候和环境条件。在分类学上，变形杆菌、放线杆菌、厚壁菌和拟杆菌是冰芯中发现的主要细菌门。上述门的细菌已成功地从非常古老的冰冻冰川冰中培养出来，其中一些被认为保存了超过750000年，而因为冰基质中的温度低于零度且水活动较低。一些细菌以孢子的形式存在于冰川冰中。尽管目前还没有直接证据，但一些研究已经暗示，基于对一些过量气体（例如，CO₂、CH₄和N₂O）的检测，冻结冰川冰中可能存在微生物活动，这些气体可能是沉积后微生物代谢产生的。在本研究中，作者试图将包括最初从海水和去污技术发展起来的低生物量宏基因组学方法，应用于冰川冰，并通过人工冰芯“污染”实验，进一步建立清洁程序，去除冰表面的微生物和病毒污染物。优化后，作者应用这些更新的程序调查了在青藏高原西北部Guliya冰盖山顶上钻取的两个冰芯中的微生物和病毒群落。作者的研究工作共同推进了冰川冰微生物和病毒取样程序，并提供了了解古冰川环境中病毒群落和功能的第一个平台。这些方法和数据集有可能使研究人员能够将新发现的背景联系起来，并开始将冰川冰微生物及其病毒与全球不同地理区域过去和现在的气候变化联系起来。

摘要：背景知识：冰川冰（Glacier ice）记录了包括微生物学在内的信息，有助于揭示古气候历史和预测未来气候变化。虽然利用培养或扩增子方法对冰川冰微生物进行了研究，但由于生物量低和取样过程中的潜在污染，提供功能性、基因组解析信息和病毒的更具挑战性的宏基因组方法没有得到充分利用。

研究结果：我们利用人工冰芯控制实验（artificial ice-core experiments）扩展了现有的清洁取样程序，并采用先前建立的低生物量宏基因组方法来研究冰川冰病毒（glacier-ice viruses）。控制取样实验大大减少了模拟污染物，包括细菌，病毒和游离DNA的背景水平。两个青藏高原冰芯8个深度的扩增子测序显示了常见的冰川冰微生物群系，包括作为高丰度的属（dominant genera）：紫色杆菌属Janthinobacterium, Polaromonas, Herminiimonas, 黄色杆菌属Flavobacterium, 鞘氨醇单胞菌属Sphingomonas, 甲基杆菌属Methylobacterium，而两个冰芯的微生物群落有显著差异，这与沉积过程中不同的气候条件有关。分别对约355年和约14400年前的冰进行病毒富集和低输入定量测序，得到33个vOTUs的基因组序列。这些几乎都是本研究所独有的，代表了28个新属，没有一个物种与225个环境多样性病毒体共享。此外，42.4%的vOTUs为温带噬菌体，显著高于肠道、土壤和海洋病毒体，表明温带噬菌体在冷冻前可能在冰川冰环境中更受欢迎。在硅质宿主中，预测将18个vOTUs与共生的丰富细菌（Methylobacterium, Sphingomonas和Janthinobacterium）联系起来，表明这些噬菌体在存档之前感染了冰丰富的细菌群。功能基因组注释显示四个病毒编码的辅助代谢基因，特别是两个运动基因表明病毒有可能促进宿主获得营养。最后，考虑到它们对冰中甲烷循环的可能重要性，我们将冰上观察到的病毒与从131个甲基杆菌（Methylobacterium）基因组中提取的123个病毒体和原噬菌体结合起来，重点研究了甲基杆菌病毒，揭示了该病毒可能来自土壤或植物。

研究结论：我们的研究工作共同推进了冰川冰微生物和病毒取样程序，并提供了了解古冰川环境中病毒群落和功能的第一个平台。这些方法和数据集有可能使研究人员能够将新发现的背景联系起来，并开始将冰川冰微生物及其病毒与全球不同地理区域过去和现在的气候变化联系起来。

关键词：古利雅冰帽，高山冰川冰，表面净化，冰川微生物，冰川病毒，甲基杆菌属（Methylobacterium），鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas），紫色杆菌属（Janthinobacterium）

原名：Glacier ice archives nearly 15,000-year-old microbes and phages

译名：冰川的冰层记录了近15000年前的微生物和噬菌体

期刊：Microbiome

IF：14.650

发表时间：2021.7.20

通讯作者：Matthew B. Sullivan；Lonnie G. Thompson

通讯作者单位：美国俄亥俄州立大学微生物科学中心；美国俄亥俄州立大学伯德极地和气候研究中心 

DOI号：10.1186/ s40168-021-01106-w

原文链接：

https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-021-01106-w

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视频摘要

ISME Journal

科研| The ISME Journal: 近缘海洋细菌的季节性生态位分化

本文由Moon编译

摘要：细菌在海洋环境中发挥着关键的生物地球化学作用，而其丰度随着时间推移显示出动态波动。在这项研究中，研究人员描述了一个沿海贫营养化时间序列站点的海洋细菌的季节性动态变化规律，检测了近缘类群（closely related taxa）时间生态位的相似程度以及调节其季节性丰度模式的环境因素。并且，他们进一步探索了生态位（niches）在更高分类水平上的保守程度。这些细菌群落中，6825条扩增子序列变体（ASVs，amplicon sequence variants）中有297条ASVs丰度呈现季节循环模式，这297条ASVs占到了总丰度的接近一半（47%）。对于某些属（genera）的ASVs而言，生态位相似性随16S rRNA基因核苷酸差异的增加而降低，这一模式与通过环境过滤选择相似分类群相吻合。此外，研究者还观察到不同ASVs属季节性差异的证据，即一些密切相关的分类群具有不同季节性模式。就更广分类层次而言，在纲（class）水平不存在连贯的季节性趋势，而目（order）和科（family）水平上的季节性趋势取决于属层次上存在的分布模式。综上所述，这项研究表明，在受强烈季节性影响的沿海海洋环境中，可以发现一些细菌种群的近缘分类群和其他细菌群的季节性差异的共存现象。

原名：Seasonal niche differentiation among closely related marine bacteria

译名：近缘海洋细菌的季节性生态位分化

期刊：The ISME Journal

IF：10.302

发表时间：2021年7月20日 

通讯作者：Adrià Auladell ，Isabel Ferrera & Josep M. Gasol

通讯作者单位：西班牙国家研究委员会海洋科学研究所

DOI号：s41396-021-01053-2

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41396-021-01053-2

SBB

科研| Soil Biology and Biochemistry：在玉米连作10年的土壤中，长期施氮比当年施氮更能塑造微生物群落

本文由PBE编译

摘要：农业生态系统中的氮肥可以改变土壤的物理化学和生物特性。然而，人们对于施氮对土壤微生物群落的短期和长期影响的相对重要性知之甚少。在加拿大安大略省南部的一项连续的玉米（Zea mays L.）试验中，我们分析了土壤微生物群落结构对连续施用10年（低：30、中：87、高：218kg N·ha^-1y^-1）或每5年“震动”施用一次较高/较低氮比率的无机氮施肥量的响应。土壤样本（0-15 cm）是在最后一年玉米早期生殖阶段试验收集的。使用脂肪酸甲酯（FAMEs）分析微生物生物量，使用高通量测序分析微生物多样性和群落组成。施氮对土壤微生物群落结构的影响较小，主要是长期的，原核生物和真菌之间略有差异。10年（长期）总氮输入与细菌生物量呈正相关，与真菌丰富度呈负相关。总氮输入也导致微生物群落组成的微小变化。除了一些分类群的相对丰度外，“震动”氮速率（短期）不影响微生物群落结构。在较低水平（属水平）观察到分类变化，在门水平没有明显变化，低氮通常比高氮更有利于系统发育多样的分类群。总体而言，我们的结果表明，即使在玉米单作的一致条件下，土壤微生物群落也可以由农业中常用的氮施肥量来塑造。根据敏感生物的功能特征，这种结构变化可能导致营养循环动态和作物生长的变化。 

关键词：氮肥，细菌，真菌，FAMEs，微生物多样性，测序

原名：Long-term N inputs shape microbial communities more strongly than current-year inputs in soils under 10-year continuous corn cropping

译名：在玉米连作10年的土壤中，长期施氮比当年施氮更能塑造微生物群落

期刊：Soil Biology and Biochemistry

IF：7.609

发表时间：2021.7.15

通讯作者：Kari Dunfield

通讯作者单位：加拿大圭尔夫大学环境科学学院

DOI号：10.1016/j.soilbio.2021.108361

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2021.108361 

FEMS Microbiology Ecology

科研| FEMS Microbiol. Ecol.：半干旱人工林畜栏土壤中四环素抗性基因的延续和传播及微生物群落变化

本文由清韵编译

摘要：在春天，山羊和绵羊群被转移到以色列内盖夫沙漠北部半干旱地区的人工林中，以减少草本生物量和火灾风险。这些羊群在畜栏里过夜大约四个月，用有机物和氮丰富土壤。这项研究检查了这些富集对土壤细菌群落结构（BCS）以及活动和废弃畜栏（1-10年）中四环素抗性基因（TRG）丰度的影响。根据16S rRNA基因序列，Proteobacteria和Actinobacteria在所有畜栏的土壤中占主导地位。Actinobacteria丰度在活动的和一年的废弃畜栏中的含量（23-26%）低于其他畜栏和对照组（33-38%）。主成分分析表明，活动和一年废弃的畜栏中BCS与旧畜栏和对照的BCS显著不同。Firmicutes在活动畜栏中的BCS占28%，在一年畜栏中占12.5%，在旧畜栏和对照中占2%。相比之下，在活动的和一年的废弃畜栏中几乎没有检测到Acidobacteria，而在旧畜栏中BCS占10%。赋予四环素抗性的基因被大量检测出来。在活动和废弃的畜栏中检测到tetG和tetW基因。tetQ基因仅在活动和一年的废弃畜栏中检测到。在对照土壤中没有检测到任何基因。这三个基因是在一个活动的畜栏外，在一条短流支流的下游部分检测到的。结果证明，废弃和未观察到的周期性动物畜栏是四环素抗性基因的环境储存库。

关键词：夜间畜栏；微生物群落；四环素抗性基因；N₂O排放

原名：Persistence and spread of tetracycline resistance genes and microbial community variations in the soil of animal corrals in a semi-arid planted forest

译名：半干旱人工林畜栏土壤中四环素抗性基因的延续和传播及微生物群落变化

期刊：FEMS Microbiology Ecology

IF：4.194

发表时间：2021.07.19

通讯作者：Ali Nejidat

通讯作者单位：以色列本·古里安大学，扎克伯格水研究所

DOI号：10.1093/femsec/fiab106

原文链接：

https://academic.oup.com/femsec/advance-article-abstract/doi/10.1093/femsec/fiab106/6323997?redirectedFrom=fulltext

科研| FEMS Microbiology Ecology：时间对微生物群落组成的影响大于寄主发育阶段的影响

本文由猫猫编译

摘要：土壤中成千上万的微生物类群与寄主植物形成共生体，由于它们对植物的生长有贡献，这些微生物常常被认为是寄主基因组的延伸。鉴于微生物对宿主性能的影响，了解控制微生物群落组成的因素是很重要的。寄主发育阶段可以影响根际微生物多样性，而微生物群落也可以随着时间和微生物演替的机会而简单改变。以往的研究表明，根际微生物群落在植物的不同发育阶段会发生变化，但萌发后的时间与发育阶段不一致。利用拟南芥Arabidopsis thaliana的单基因开花期突变体，我们研究了与寄主发育相关的经过时间和潜在微生物演替对根际微生物多样性的影响。在我们的实验设计下，在相同的萌发时间后，寄主基因型间存在不同的发育阶段。在萌发后76天，一些寄主基因型开花，而另一些则结果或衰老。我们发现，经过的时间是一个强有力的预测微生物多样性，然而有几个发育阶段之间的差异不大。我们的研究结果支持这样一种观点，即时间和微生物的演替比寄主发育阶段更强烈地影响微生物群落的组合。

关键词：根际，微生物，演替，发育阶段，拟南芥

原名：Time outweighs the effect of host developmental stage on microbial community composition

译名：时间对微生物群落组成的影响大于寄主发育阶段的影响

期刊：FEMS Microbiology Ecology

IF：4.194

发表时间：2021.07.14

通讯作者：Reilly R. Dibner

通讯作者单位：美国怀俄明大学植物学系

DOI号：10.1093/femsec/fiab102

原文链接：

https://academic.oup.com/femsec/advance-article-abstract/doi/10.1093/femsec/fiab102/6321163?redirectedFrom=fulltext

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