环境微生物专栏 | 近期重要期刊最值得看的研究进展盘点（20210903）

     今天微生态汇总了近期环境微生物领域重要期刊最值得看的研究成果，包括Microbiome、FEMS Microbiology Reviews、Water Research、The ISME Journal、SBB、Environmental  Microbiology、Microbiological Research等期刊。

Microbiome

科研| Microbiome：暗发酵微生物群落的动态：以乳酸和丁酸的生产为例

本文由R.A 编译 

摘要： 研究背景：本研究主要研究厌氧消化产酸过程中，尤其是暗发酵（dark fermentation，DF）菌与乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）之间营养相互作用的过程。以前的研究中，我们已经证实，以糖蜜为食的DF微生物群落（microbial communities，MCs）能够将乳酸和乙酸转化为丁酸。本研究的目的是：确认能够和不能将乳酸和乙酸转化为丁酸的DF-MCs的生物多样性，并确定转化的条件。

研究结果：DF生物反应器中的MCs在中温条件下，在含糖蜜、蔗糖和/或乳酸、醋酸盐的不同培养基上进行了5个独立的静态间歇实验。根据代谢产物和消化液pH值分析了各实验MC的分类组成（基于16s rRNA）。在发酵培养基含有碳水化合物的样品中，观察到两个主要趋势：（i）低pH（pH≤ 4） 发酵产物以：Lactobacillus, Bifidobacterium, Leuconostoc, Fructobacillus属为主，生物多样性低；（ii）pH值在5.0～6.0之间，发酵产物以丁酸为主，MCs主要由梭状芽胞杆菌（特别是Clostridium_sensu_stricto_12), Lactobacillus, Bifidobacterium， Prevotella 组成。生物多样性随着乙酸和乳酸转化为丁酸的能力而增加。仅乳酸和醋酸盐的MC加工显示出最高的生物多样性，并且以梭状芽孢杆菌为主（尤其是Clostridium_sensu_stricto_12）。乳酸菌减少；而其他属如Terrisporobacter、Lachnoclostridium、Paraclostridium或Sutterella 也有被检测到。丁酸是主要的代谢产物，pH值为7。对选择的在底物上独立产生丁酸的MCs进行Shotgun宏基因组分析，发现酪丁酸梭菌是梭状芽孢杆菌的优势物种。功能分析证实：存在编码发酵途径关键酶的基因。

研究结论：该研究中的批量试验揭示了DF-MCs的代谢活性和组成随发酵条件的变化。乳酸菌和丁酸盐生产者之间的平衡以及pH值对乳酸和乙酸盐转化为丁酸盐的过程最为相关。下一步需要做的工作是：找出导致DF-MCs向乳酸发酵转化的信号因子。

关键词：暗发酵（Dark fermentation）；乳酸菌；微生物群落；营养互作；乳酸；醋酸盐；丁酸盐；

论文ID

原名：Dynamics of dark fermentation microbial communities in the light of lactate and butyrate production

译名：暗发酵微生物群落的动态：以乳酸和丁酸的生产为例

期刊：Microbiome

IF：14.650

发表时间：2021.7.14

通讯作者：Anna Sikora

通讯作者单位：波兰科学院生物化学与生物物理学研究所

DOI号：10.1186/ s40168-021-01105-x

原文链接：

https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-021-01105-x

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视频摘要

浙江大学 | Microbiome：自噬的翻译后调控参与了真菌病原体的微生物组内抑制（国人作品）

本文由挖提编译

摘要：背景：微生物组间的相互作用是生态系统功能、稳定性和健康的重要决定性因素。在过去的研究中，经常观察到细菌抑制同一植物微生物群上潜在的致病真菌物种；但是潜在的微生物相互作用仍然难以捉摸。本文从分子水平上探讨了禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）和吸水链霉菌（Streptomyces hygroscopicus）的拮抗作用。这两种菌在健康小麦微生物群中几乎无处不在；当处于失调状态下时，真菌会导致毁灭性的病害。

结果：在共培养实验中，我们发现链霉菌改变了真菌的乙酰基，从而大量诱导真菌自噬。细菌分泌雷帕霉素使雷帕霉素靶点（TOR）失活，再通过26S蛋白酶体促进真菌组蛋白乙酰转移酶Gcn5的降解。Gcn5通过在赖氨酸K13位点乙酰化自噬相关蛋白Atg8并阻断Atg8的细胞再定位来负调节真菌自噬。因此，我们发现雷帕霉素可以诱导Gcn5的降解来减少Atg8乙酰化，从而诱导禾谷镰刀菌自噬。

结论：自噬稳态在真菌的生长、竞争以及毒力方面起着至关重要的作用。我们的研究揭示了一种新的由细菌抗生素诱导的自噬翻译后调控。雷帕霉素被证明是细菌-真菌相互作用的强大的调节剂，并在阐明健康植物微生物组中微生物稳态方面具有潜在价值。自噬过程为生物防治病原体提供了新的可能性和对象。

关键词：微生物组内、细菌-真菌相互作用、自噬、翻译后调控、乙酰化、禾谷镰刀菌Fusarium graminearum、吸水链霉菌Streptomyces hygroscopicus

论文ID

原名：Post-translational regulation of autophagy is involved in intra-microbiome suppression of fungal pathogens

译名：自噬的翻译后调控参与了真菌病原体的微生物内抑制

期刊：Microbiome

IF：14.650

发表时间：2021.06.06

通讯作者：陈云

通讯作者单位：浙江大学生物技术研究所

DOI号：10.1186/s40168-021-01077-y

原文链接：

https://doi.org/10.1186/s40168-021-01077-y

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视频摘要

FEMS Microbiology Reviews

综述| FEMS Microbiology Reviews：捕获合适的益生菌: 基于高效水产养殖策略的宿主-微生物互作

本文由莫小気编译

摘要：高效的水产养殖管理方式对全球粮食安全至关重要。在全球对鱼类蛋白日益增长的需求下，急需实现养殖生产的集约化、环境可持续性发展以及经济的可行性运行。然而，病原微生物侵染始终对鱼类的生存和健康造成极大的威胁。对于宿主健康而言，肠道黏膜及其相关菌群在调节宿主适应性及健康方面发挥着关键作用。因此，对有益微生物的有效管理被认为是恢复和维持鱼类健康的一种手段。目前的研究表明，某些益生菌菌株具有增强鲑鱼（经济上最重要的鱼类）的免疫力、提高生长速度、防止感染的潜力。这篇综述明确了在鲑科鱼中宿主的肠道健康与宿主-微生物相互作用的相关性。此外，本综述还总结了益生菌调节宿主健康的作用机制，以及活菌的有效储存方法及益生菌的使用方式和运载系统。

关键词：益生菌；水产养殖；宿主-微生物互作；鲑科鱼；疾病感染；肠道微生物。

论文ID

原名：Fishing for the right probiotic: Host-microbe interactions at the interface of effective aquaculture strategies

译名：捕获合适的益生菌: 基于高效水产养殖策略的宿主-微生物互作

期刊：FEMS Microbiology Reviews

IF：16.408

发表时间：2021.5.26

通讯作者：Gregor Reid

通讯作者单位：加拿大人类微生物组和益生菌研究中心劳森健康研究所

DOI号：10.1093/femsre/fuab030

原文链接：

https://academic.oup.com/femsre/advance-article/doi/10.1093/femsre/fuab030/6284803

Water Research

科研| Water Research：温度、浮游植物密度和细菌多样性驱动着湖泊生态系统中微污染物的生物转化 

本文由咖啡里的茶编译

摘要：对于存在于地表水中的大多数微污染物（micropollutants，MPs），如农药和药物，生物转化对于它们从湖泊生态系统中全部去除的贡献在很大程度上是未知的。这项研究旨在通过经验确定35种MPs在中度富营养化湖泊一年中不同时期和不同深度的生物转化速率常数。然后，我们统计检验了环境参数和微生物群落组成与生物转化速率常数的相关性。在至少一个采样时间内，35个MPs中的14个观察到了生物转化。在不同季节和不同化合物之间观察到生物转化速率常数的巨大变化。总体而言，MPs的转化主要受湖水温度、浮游植物密度和细菌多样性的影响。然而，个别MPs并不符合总体趋势或与微生物生物量没有关联。例如，抗抑郁药米安色林（mianserin）在所有实验和深度中都进行了转化，但未显示出与测量到的环境参数有任何关系，这表明了特定微生物在其转化中的重要性。本文提出的结果有助于我们理解MPs在地表水中的命运，从而支持改进环境中污染物的风险评估。 

关键词：生物转化，药物，农药，微生物群落，浮游植物，随机森林

论文ID

原名：Temperature, phytoplankton density and bacteria diversity drive the biotransformation of micropollutants in a lake ecosystem

译名：温度、浮游植物密度和细菌多样性驱动着湖泊生态系统中微污染物的生物转化

期刊：Water Research

IF：11.236

发表时间：2021.7.7

通讯作者：Annie Chalifour

通讯作者单位：瑞士联邦水科学与技术研究所

DOI号：10.1016/j.watres.2021.117412

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135421006102

 图文摘要

The ISME Journal

浙江大学| The ISME Journal：细菌聚生体还原甲烷依赖的硒酸盐（国人作品）

本文由鼻涕编译

摘要：甲烷氧化微生物在控制甲烷从天然沉积物进入大气的通量方面发挥着关键作用。甲烷氧化菌 (methanotrophs) 已被证明可以单独或与其他微生物联合，将甲烷的氧化与多种电子受体 (如氧、硫酸盐、硝酸盐和金属氧化物) 的还原相结合。尽管一些研究报道了与硒酸盐还原相关的甲烷氧化现象，但无论是涉及的微生物还是潜在的营养相互作用都尚未明确。在本文中，我们首次为生物反应器群落中细菌种群之间的种间电子转移提供了一个详细证据，其中硒酸盐的减少与甲烷氧化有关。群落的宏基因组学（metagenomic）和宏蛋白质组学（metaproteomic）分析揭示了甲基囊藻属（Methylocystis）的一个新物种作为最丰富的甲烷氧化菌，表达了依赖氧气的甲烷氧化和发酵途径的蛋白，但缺乏硒酸盐还原的遗传潜力。假黄色单胞菌属（Pseudoxanthomonas），水库杆菌属（Piscinibacter）和红环菌科（Rhodocyclaceae）群体负责利用最初被注释为周质硝酸还原酶的蛋白质，以甲烷氧化菌释放的发酵副产物作为电子供体，对观察到的硒酸盐进行还原。通过对假黄单胞菌分离物的基因敲除研究，证实了被注释的硝酸盐还原酶能够还原硒酸盐。总的来说，这项研究为好氧甲烷氧化菌在自然氧梯度中繁殖的代谢活性提供了新的见解，并强调了类似微生物群落在氧气有限的环境中将甲烷和其他生物地球化学循环联系起来的潜在作用。

论文ID

原名：Methane-dependent selenate reduction by a bacterial consortium

译名：细菌聚生体还原甲烷依赖的硒酸盐

期刊：The ISME Journal

IF：10.302

发表时间：2021.06.28

通讯作者：赵和平

通讯作者单位：浙江大学环境与资源学院，污染环境修复与生态健康教育部重点实验室

DOI号：10.1038/s41396-021-01044-3

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41396-021-01044-3

细菌聚生体连接甲烷氧化和硒酸盐还原的代谢途径示意图（原文中图5）

SBB

科研 | SBB：在地中海纯松混交林中，土壤理化性质对土壤真菌的影响比宿主物所产生的影响更大

本文由艾奥里亚编译 

摘要：土壤真菌是森林生态系统过程的基本驱动因素。土壤理化参数和寄主类型或林分结构等植被特征会对土壤真菌群落产生影响。然而，有关于生态位过程（土壤物理化学和森林结构驱动）与中性过程（地理距离）驱动土壤真菌群落组配的相对重要性缺乏全面的研究，特别是在研究较少的干旱生态系统中，如地中海森林生态系统。本研究中，基于Pacific Biosciences测序，我们对42个以纯黑松、纯地中海松或黑松-地中海松混交林或黑松-樟子松混交林主导的森林生态系统进行了内部转录间隔区2扩增子测序，以表征森林的土壤真菌群落组成和多样性。本研究意在确定和阐明Mediterranean Pre-Pyrenees地区沿区域梯度的主要土壤特征以及空间和森林结构因素对土壤真菌群落变化影响的相对重要性。土壤参数在总体真菌群落（25%）、菌根（23%）和腐生（22%）群落总方差中所占比例最大，而地理距离占总体真菌群落方差的14%，占菌根方差的7%，占腐生群落方差的22%。相反，由于真菌组成和多样性在松树寄主之间没有显著差异，这导致了森林结构对土壤真菌群落没有显著影响。而且，pH能够最大程度的解释整体真菌群落和菌根真菌群落组成差异，随后依次是P和C:N比率。相比之下，腐生组成差异的最大比例可由地理距离解释的，其次是C:N比和N。我们的结果表明，在这些地中海松林中，由于外生菌根和腐生真菌更多地受到土壤理化参数或地理距离的影响，而不是受到松树物种或森林结构变量的影响，这导致了土壤参数是在区域尺度上塑造土壤真菌群落的最重要驱动力。最后，土壤中的P含量也成为驱动菌根群落差异的显著因素。

研究亮点：

1、表征了42个纯松和混合松林的土壤真菌群落；

2、土壤化学显著影响了土壤真菌群落的变化；

3、松树种和林分结构对土壤真菌群落没有影响；

4、pH、P和C:N比是影响真菌群落的最强预测因子。

论文ID

原名：Soil physico-chemical properties have a greater effect on soil fungi than host species in Mediterranean pure and mixed pine forests

译名：在地中海纯松混交林中，土壤理化性质对土壤真菌的影响比宿主物所产生的影响更大

期刊：Soil Biology and Biochemistry

IF：7.609

发表时间：2021.06.05在线发表

通讯作者：Irene Adamo

通讯作者单位：西班牙莱里达大学（University of Lleida，Joint Research Unit CTFC）

DOI号：10.1016/j.soilbio.2021.108320

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071721001930

图文摘要

Environmental Microbiology

科研| Environmental Microbiology：一个具有可溶性NAD⁺-依赖性L-乳酸脱氢酶的严格厌氧微生物中的乳酸代谢

本文由PBE编译

摘要：本文研究了产乳酸细菌Moorella thermoacetica乳酸代谢的生物化学和生物能源学。以及依赖于CO₂ 的生长与代谢和化学梯度。我们在无细胞提取物中发现了一种L-乳酸：NAD⁺ 氧化还原酶（LDH），其平均比活性为362.8 ± 22.9 mU/mg。这种酶是可逆的，在65 ℃和pH 为9时最活跃，L-乳酸的Km值为23.1 ± 3.7mM，NAD⁺的Km值为273.3 ± 39.1 mM。凝胶内活性分析和质谱蛋白组学表明ldh 基因编码特征性LDH。转录组和基因组分析表明乳酸诱导ldh表达，并且在预测的NAD⁺结合位点附近存在单核苷酸多态性。此外编码中心氧化还原和能量代谢复合物的基因（如高能耦合位点Ech2，甲基萘醌类，电子分叉EtfABCX，MTHFR）在以乳酸盐生长的细胞中上调。本文提出了乳酸代谢的代谢模型，使通过常规的NAD⁺-还原乳酸脱氢酶在L-乳酸盐上生长的热力学成为可能。

论文ID

原名：Lactate metabolism in strictly anaerobic microorganisms with a soluble NAD⁺-dependent L-lactate dehydrogenase

译名：一个具有可溶性NAD⁺-依赖性L-乳酸脱氢酶的严格厌氧微生物中的乳酸代谢

期刊：Environmental Microbiology

IF：5.491

发表时间：2021.6.30

通讯作者：Marie Charlotte Schoelmerich

通讯作者单位：德国汉堡大学植物科学和微生物学研究所

DOI号：10.1111/1462-2920.15657

原文链接：

https://doi.org/10.1111/1462-2920.15657

Microbiological Research

科研| Microbiological Research：通过培养与非培养相结合的方法，进行林丹和硫丹降解菌的分离及微生物群落的优势度分析

本文由永稷编译

摘要：生物修复去除林丹和硫丹是一种经济有效的方法，但其有效性取决于分离得到的具有降解功能微生物的降解能力。过去二十年中，大多研究者通过分离培养的方法富集分离得到了许多能够降解林丹和硫丹的细菌。但是，这些分离得到的细菌是否能够反映富集培养环境中主要降解能力的微生物仍未可知。本研究通过选择性分离培养和高通量测序两种方法对四个不同富集环境（林丹降解：LA1和LC1；硫丹降解：EA1和EC1）中的细菌群落进行比较。所有分离菌株中来自林丹富集环境中的降解菌有63株，61株来自硫丹降解富集环境。将分离得到的菌株与高通量测序结果进行BLAST比对，发现林丹和硫丹富集环境中分离得到的菌株与高通量测序得到的OTUs的匹配比例分别为5.49%和4.32%。在高通量测序和分离培养中，Rhodanbacter lindaniclasticus和Pandoraea thiooxydans是少见的潜在的具有降解能力的微生物。本研究首次通过分离培养和高通量测序方法对林丹和硫丹富集环境中的微生物群落进行比较分析。结果表明，开发一种特异性靶向且有效的微生物分离方法对于分离和研究群落中代表性降解微生物而言是必要的。 

关键词：林丹、硫丹、PacBio测序、微生物群落、分离培养法、非分离培养法

论文ID

原名：Isolation of lindane- and endosulfan-degrading bacteria and dominance analysis in the microbial communities by culture-dependent and independent methods

译名：通过培养与非培养相结合的方法，进行林丹和硫丹降解菌的分离及微生物群落的优势度分析

期刊：Microbiological Research

IF：5.415

发表时间：2021.07.13

通讯作者：吳向宸

通讯作者单位：中国台湾国立中兴大学环境工程系

DOI号：10.1016/j.micres.2021.126817

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.micres.2021.126817

图文摘要

科研| Microbiological Research：在微需氧条件下适应纺织废水的霍氏肠杆菌对偶氮染料的微生物降解

本文由Jay编译

摘要：具有里程碑意义和可持续发展且环保的染料处理工艺被高度需要来改善其对环境的影响。本研究在最佳培养条件下研究来源于被纺织废水污染土壤中的适应性霍氏肠杆菌（Enterobacter hormaechei）SKB 16对偶氮染料的降解效率。适应性细菌菌株通过标准微生物学和分子技术进行鉴定。在最佳pH、温度和染料浓度下分别研究E. hormaechei对活性黄145（RY 145）和活性红F3B（RR 180）的脱色。适应性细菌菌株在100 ppm染料、pH 7、37 ℃条件下培养98 h后对活性黄145和活性红180表现出最大的脱色率（98%）。酶分析表明，偶氮还原酶和漆酶分别在两种染料降解中偶氮键和脱磺酸基的裂解发挥了重要作用。代谢产物利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、高效液相色谱（HPLC）和气相质谱联用技术（GC-MS）进行表征。随后，基于官能团的变化，保留时间和质量/电荷比和分子量的变化来推导其降解。本研究阐明了适应性SKB 16菌株对纺织偶氮染料环境友好去除的潜力。此外，由于在严格和广泛的筛选过程中时间的有效管理，可重复性和可持续性被提高。

关键词：适应性物种、霍氏肠杆菌、气相质谱联用、活性黄145、活性红F3B

论文ID

原名：Microbial degradation of azo dyes by textile effluent adapted, Enterobacter hormaechei under microaerophilic condition

译名：在微需氧条件下适应纺织废水的霍氏肠杆菌对偶氮染料的微生物降解

期刊：Microbiological Research

IF：5.415

发表时间：2021.6.9

通讯作者：Paul Olusegun Bankole

通讯作者单位：尼日利亚阿贝奥库塔农业联邦大学生物科学学院

DOI号：10.1016/j.micres.2021.126805

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0944501321001117