环境周报 | 微生物重要期刊最新研究进展(20210913)

2021
09/15

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微生态
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Nature子刊

科研| Nat. Commun.:周期性干旱的生态记忆通过改变土壤微生物群落改变土壤过程

本文由清韵编译

奥地利维也纳大学Alberto Canarini和Andreas Richter等人于2021年9月6日在Nature Communications发表题为《Ecological memory of recurrent drought modifies soil processes via changes in soil microbial community》的文章。试图了解当前的生态系统动态时,历史是一个经常被忽视的方面,特别是考虑到全球变化带来的气候变异性上升。了解土壤群落组成是否可以响应不断变化的条件而发生变化,以及这如何影响生态系统动态,对于更好地预测生物地球化学循环的未来变化至关重要。形成干旱等干扰记忆的一个前提条件是物质或信息遗产的存在。然而,目前关于干旱对土壤微生物群落的遗留影响的实地研究很少。本研究的主要目标是评估土壤微生物过程中生态记忆的形成以及土壤微生物群落中遗留物的存在(在微生物组成、生理参数和化学计量方面)。研究假设:(i)与单一干旱事件相比,反复发生的干旱事件会导致微生物群落组成发生更大的变化;(ii)反复发生的干旱事件会导致微生物介导的生态系统过程的生态记忆反应。本研究展示了两个关键性发现:(i)反复性干旱加强了微生物群落组成的变化;(ii)土壤多功能性被先前反复发生的干旱事件所缓冲以此来应对干旱。本研究进一步建议微生物群落的变化和微生物介导的碳和养分循环的变化可能反映了适应干旱和可能控制土壤功能的群落依赖策略。

摘要:气候变化正在改变干旱事件的频率和严重程度。最近的证据表明,干旱可能会对土壤微生物群落产生遗留影响。然而,目前尚不清楚先例的干旱事件是否会导致生态记忆的形成,即过去的事件影响当前生态系统响应轨迹的能力。在此,本研究利用在奥地利中部山区草原进行的长期田间实验,将10年的反复干旱事件与单一的干旱事件和环境条件进行比较。研究结果表明,与对照组和单一干旱事件相比,反复性干旱增加了微生物群落的差异性,并增强了干旱期间土壤的多功能性(通过测量潜在的酶活性、土壤养分、微生物生物量化学计量和地下净初级生产力来计算)。研究结果表明,土壤微生物群落组成随其功能的变化而变化,从而对土壤过程产生影响。反复性干旱下土壤中生态记忆的形成可能会增强生态系统功能对未来干旱事件的恢复能力。

 

论文ID

原名:Ecological memory of recurrent drought modifies soil processes via changes in soil microbial community

译名:周期性干旱的生态记忆通过改变土壤微生物群落改变土壤过程

期刊:Nature Communications

IF:14.919

发表时间:2021.09.06

通讯作者:Alberto Canarini;Andreas Richter

通讯作者单位:奥地利维也纳大学

DOI号:10.1038/s41467-021-25675-4

原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-021-25675-4

Water Research

河海大学| Water Research:微生物群落融合:对三峡水库有影响吗?(国人作品)

本文由PBE编译

河海大学环境学院李轶等人于2021年9月8日在Water Research发表题为《Microbial community coalescence: does it matter in the Three Gorges Reservoir?》 论文 本研究将 16S rRNA测序结果的新分析方法与最近提出的微生物生态学理论和假说相结合 ,重点研究 三峡水库 TGR 水体和沉积物中 94 个微生物群落的 融合 通过 描述和分析 微生物群落的生物地理学和 融合 构建 微生物群落共发生网络以识别融合过程中的关键物种跟踪其丰度 通过研究,本文 发现 同一类型生境中的群落之间的融合程度大于不同类型生境中的群落之间的融合程度 ,并且在 融合 下游河水和沉积物中积累了大量的关键物种 本研究强调了微生物群落 融合 在自然界的普遍性 关键物种在群落 周转 和建立中的重要性,并讨论了微生物群落 融合 的生态学意义。 本文 为水生环境中微生物群落 融合 的前瞻性研究提供了参考,并且 解决微生物相关的河流环境和河流生态问题 提供新的视野

 

摘要:微生物群落融合是微生物群落的混合及其周围环境的融合。尽管它在自然生态系统中广泛存在,并对生态过程产生潜在影响,但很少有研究关注水生微生物群落之间的融合程度。本研究对长江三峡水库这一典型深水水库的微生物群落进行了分析,并基于16S rRNA基因扩增子序列变异(ASVs)对水和沉积物中微生物群落的生物地理学和融合进行了阐述和分析。研究发现水体和沉积物中的微生物群落在组成和多样性上存在差异,沉积物中的微生物群落多样性比水体中的微生物群落更高。通过SourceTracker算法计算相邻群落间重叠分类群的比例并量化微生物内聚力的连通性,揭示了生境内融合程度强(19.8%),生境间融合程度弱(0.2%)。本文使用内聚力选择了50个关键物种,发现关键物种比平均水平有更强的融合程度,并在三峡库区形成从上游到下游的聚集格局,由此证明关键物种在生态网络中的重要性。水生环境中微生物群落融合的潜在影响因素包括环境条件、生境类型、水中悬浮颗粒和微尺度微生物活动。总之,该研究描述了深水水库中微生物群落的融合,并强调了其生态重要性。作者期待对水生环境中微生物融合过程的更多关注和进一步研究,这可能为微生物关键物种的周转和水生生态条件的变化提供新的见解。

关键词:微生物群落,微生物融合,三峡水库,微生物群落构建,水生态学

 

论文ID

原名:Microbial community coalescence: does it matter in the Three Gorges Reservoir?

译名:微生物群落融合: 对三峡水库有影响吗?

期刊:Water Research

IF:11.236

发表时间:2021.9.8

通讯作者:李轶

通讯作者单位:河海大学环境学院

DOI号:10.1016/j.watres.2021.117638

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135421008332


图文摘要

ISME Journal

科研 | The ISME Journal:利用沼气中的一氧化二氮呼吸细菌可以减少农业中一氧化二氮的排放

本文由艾奥里亚编译

挪威生命科学大学(Norwegian University of Life Sciences)的Kjell Rune Jonassen于2021年9月6日在The ISME Journal上发表题为《Nitrous oxide respiring bacteria in biogas digestates for reduced agricultural emissions》的文章,该单位的Lars R. Bakken担任该研究通讯作者。一氧化二氮(N 2 O)作为氮循环的中间体,是农业土壤排放的温室气体之一,约占人为N 2 O排放总量的1/3。先前的研究表明,如果接种大量(每克土壤中含有10 7 -10 8 个细胞)表达Nos作为其唯一反硝化还原酶的生物,就会减少土壤所排放的N 2 O。本研究中,笔者团队首次证明了这样一种有前景的蓝图。首先, 笔者证明了在污水处理厂的沼渣沼液中能够选择性富集和分离出快速生长的适应N2O呼吸的细菌 。其次,笔者团队证明了使用富含此类生物的沼渣沼液 作为土壤改良剂可降低土壤作为N2O的排放 ,证实了此类消化物适用于减少N 2 O的初始意图。对富集过程采用多组学分析以及深入监测气体动力学分析为各种富集分类群的Nos合成提供了有价值的见解,厌氧接种物的代谢途径为这些富集的N 2 O呼吸生物提供了底物。

 

摘要:用一氧化二氮呼吸细菌(nitrous oxide respiring bacteria,NRB)接种农业土壤可以减少N2O排放,但其单独操作时不切实际的。本研究中,我们证明了沼气产生后获得的沼渣沼液是NRB的适宜底物和载体。我们的研究表明,在N2O厌氧富集过程中,消化物中的固有的NRB能够生长到较高的丰度。气体动力学和宏基因组分析表明,这些NRB(定义为宏基因组组装基因组[MAGs]),能够通过收获产甲烷类群发酵产生的中间体进行生长。我们共分离到3个NRB,其中1个与MAGs中的β-变形菌纲脱氯菌属(Dechloromonas)相匹配,蛋白质组学认为其是富集环境中产N2O-还原酶的优势产生菌。而分离株含有完整的反硝化途径所需的基因,因而既能产生N2O又能消耗N2O,其调控性状预测其在土壤中起到N2O汇的作用,经过实验同样证实了这一点。分离株在消化液中通过好氧呼吸生长,用这些富含NRB的沼渣沼液施肥可减少土壤中N2O的排放。我们利用在土壤中利用沼渣沼液进行低成本、大规模的接种NRB,可以作为一种这种强大工具在土壤微生物组工程中未来应用的蓝图,无论是用于增强植物生长,生物修复,还是任何其他理想的功能。


论文ID

原名:Nitrous oxide respiring bacteria in biogas digestates for reduced agricultural emissions

译名:利用沼气中的一氧化二氮呼吸细菌可以减少农业中一氧化二氮的排放

期刊:The ISME Journal

IF:10.302

发表时间:2021年9月6日

通讯作者:Lars R. Bakken

通讯作者单位:挪威生命科学大学(Norwegian University of Life Sciences)

DOI号:10.1038/s41396-021-01101-x

原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41396-021-01101-x#Sec2


未来循环经济中可能的生物质流在厌氧消化中发挥核心作用示意图(原文中图1)

SBB

科研| Soil Biology & Biochemistry:高温下高北极苔原土壤微生物碳利用及其群落结构变化

本文由鼻涕编译 

瑞士联邦研究所(Swiss Federal Research Institute WSL)Aline Frossard和Beat Frey等人于2021年09月06日在Soil Biology & Biochemistry发表题为《Microbial carbon use and associated changes in microbial community structure in high-Arctic tundra soils under elevated temperature》的文章,该研究以评估在当前的平均和升高的夏季土壤温度下,上坡和下坡高北极苔原土壤中甘氨酸和纤维素的主要微生物利用为目标,假设了甘氨酸对C的利用产生比结构植物成分(如纤维素)具有更重要的启动效应,导致促进共养生活方式的快速生长类群对微生物群落结构更强的影响。结合DNA-SIP技术,通过原核和真菌群落评估了甘氨酸和纤维素的使用情况。结果表明,在高北极地区土壤中输入具有不同化学结构的有机物质,对微生物群落多样性及其对土壤碳周转和稳定性的功能反馈具有重要意义。此外, 升高的温度促进了两种基质对土壤中CO2的释放 ,但在较温暖的土壤中,添加甘氨酸后对SOM有更大的正激发作用。考虑到通过冻土融化和植被生物量的增加而提供的C的数量增加,该实验的成果有助于解决关于在高北极苔原土壤中积极参与C循环的微生物类群的鉴定方面的知识缺口。

 

摘要:在高北极地区,温度的升高导致永久冻土融化和初级生产的增加。这种新鲜的植物源材料被预测为主要的微生物群落,用于降解冻土带土壤中储存的有机物。然而,气候变暖和植物投入对微生物群落结构的影响尚不清楚。在8°C或 16°C的冻土带土壤中,利用DNA-SIP技术,通过原核和真菌群落评估了甘氨酸(一种容易获得的C和N来源)和纤维素(一种长链C-生物聚合物)的使用情况。甘氨酸的添加主要促进微生物碳的瞬时利用和土壤有机质的分解,特别是在高温下。相比之下,纤维素与土壤中占优势和活跃的微生物群落有关,具有潜在的碳稳定作用。该研究结果强调了植物源物质类型在高北极地区土壤中与微生物代谢有关的重要性,以及它们对碳循环响应全球变暖的后果。

关键词:温室气体;CO2;高北极地区;土壤;原核生物;真菌;温度;碳;底物;DNA-SIP

 

论文ID

原名:Microbial carbon use and associated changes in microbial community structure in high-Arctic tundra soils under elevated temperature

译名:高温下高北极苔原土壤微生物碳利用及其群落结构变化

期刊:Soil Biology & Biochemistry

IF:7.609

发表时间:2021.09.06

通讯作者:Aline Frossard;Beat Frey

通讯作者单位:瑞士联邦研究所

DOI号:10.1016/j.soilbio.2021.108419

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071721002935

Environmental Microbiology

农科院 | Environmental Microbiology:在幼年反刍动物中,固体饲粮对瘤胃上皮微生物菌群的调控及其与宿主转录组的相互作用(国人作品)

本文由艾奥里亚编译 

中国农业科学院饲料研究所(Feed Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences)的Jianmin Chai于2021年9月7日在Environmental Microbiology上发表题为《Solid Diet Manipulates Rumen Epithelial Microbiota and Its Interactions with Host Transcriptomic in Young Ruminants》的文章,该单位的张乃锋担任该研究通讯作者。反刍动物提供了丰富的动物蛋白来源,以满足世界范围内日益增长的人类营养需求。早期提供高纤维日粮进行干预可以加速瘤胃的成熟。因此,了解利用固体日粮提高瘤胃成熟是动物生产的有益饲养策略。为了探究固体饲料对瘤胃微生物菌群和发育的影响,本研究采用三种不同的饲料方案饲喂山羊羔羊:仅代乳品(MRO)、添加浓缩固体饲料的代乳品(MRC)和添加(浓缩+苜蓿)固体饲料的代乳品(MCA)。在60日龄时屠宰进行采样,然后对瘤胃菌群16S rRNA基因序列和宿主转录组进行分析,以探索饲料-菌群-宿主之间相互作用。固体饲料及其中性洗涤纤维(NDF)有助于对瘤胃微生物群的调控。与瘤胃内容物菌群相比,上皮菌群对宿主的转录和瘤胃发育发挥了更重要的作用。未来的研究应该更多地关注于附着在上皮上的微生物群。

 

摘要:在反刍动物生命早期添加固体日粮可以改善其瘤胃微生物菌群和瘤胃组织发育。但大多数研究集中在瘤胃内容物群落中的细菌上。对于附着在瘤胃上皮上的微生物群很少被研究,它们与瘤胃内容物细菌和宿主转录本的相关性尚不清楚。在本研究中,采集了3种饲料方案(仅代乳品[milk replacer only, MRO]、代乳品补充浓缩物[ milk replacer supplemented concentrate, MRC] 和代乳品补充浓缩物加苜蓿颗粒 [milk replacer supplemented concentrate plusalfalfa pellets, MCA])中附着在山羊上皮中的瘤胃食糜,采用下一代测序测量上皮微生物菌群。相应地,基于转录组学,我们对相同动物宿主的瘤胃组织进行测定。瘤胃内容物和上皮群落之间不同的微生物结构和组成与固体日粮的添加有关。就断奶前反刍动物的瘤胃发育而言,固体日粮,尤其是其伴随的中性洗涤剂纤维(NDF)营养物质,是影响瘤胃菌群和上皮基因表达的最显著驱动因素。与内容菌相比,瘤胃上皮菌群与宿主转录组的关联更强。与宿主表型相关的宿主转录组与瘤胃上皮菌群和固体日粮相关。本研究揭示了上皮微生物群对于瘤胃正常发育具有至关重要的影响,固体饲料可以通过瘤胃内容物和上皮微生物群共同改善瘤胃发育。

关键词:山羊、瘤胃上皮微生物群、固体饲料、瘤胃发育、宿主转录组、宿主-微生物相互作用

 

论文ID

原名:Solid Diet Manipulates Rumen Epithelial Microbiota and Its Interactions with Host Transcriptomic in Young Ruminants

译名:在幼年反刍动物中,固体饲粮对瘤胃上皮微生物菌群的调控及其与宿主转录组的相互作用

期刊:Environmental Microbiology

IF:5.491

发表时间:2021年9月7日

通讯作者:张乃锋

通讯作者单位:中国农业科学院饲料研究所(Feed Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences)

DOI号:10.1111/1462-2920.15757

原文链接:

https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1462-2920.15757

Journal of Applied Microbiology 

科研| Journal of Applied Microbiology:基因组分析揭示了发酵饲料中天然微生物保守的耐酸机制

本文由LKJ编译

阿根廷罗萨里奥分子与细胞生物学研究所Christian Magni等人于2021年9月6日在Journal of Applied Microbiology发表题为《Genomic analysis revealed conserved acid tolerance mechanisms from native microorganisms in fermented feed》的文章。农业生产中的副产品可作为家养畜禽的食物来源,其中液体发酵饲料在近年来得到较多关注。本研究通过基因组序列对分离自液体发酵饲料的两种天然微生物副干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)IBR07和单孢酿酒酵母(Kazachstania unispora)IBR014进行了菌种鉴定,并对两种微生物的耐酸机制进行分析。此外,通过基因分析和以蜡螟为模型的实验对这两种微生物的安全性进行验证。结果表明IBR07和IBR014可作为饲料发酵中发酵剂的优质候选菌株。

 

摘要:目的:发酵饲料在全球多个地区被用于提高农场动物的生长表现。本研究旨在对参与发酵饲料生产的乳酸菌和酵母菌进行鉴定和评价。

方法与结果:本研究从地区性饲料产品的天然微生物群落中分离得到两种微生物,即副干酪乳杆菌IBR07(Lacticaseibacillus paracasei)和单孢酿酒酵母IBR014(Saccharomyces unisporum,并对它们的基因组序列进行了分析鉴定。在两种微生物的基因组中都预测到了可能参与酸应激、耐受性和持久性的代谢通路。尽管副干酪乳杆菌和单孢酿酒酵母通常被认为是安全的动物饲料,我们仍然对它们进行了毒力因子、抗生素耐药性和致病岛的分析。此外,采用蜡螟(Galleria mellonella)模型进行的实验也进一步证实了这两种菌株的安全性。

结论:副干酪乳杆菌IBR07和单孢酿酒酵母IBR014菌株可作为饲料发酵的优质候选发酵剂。

研究意义:本研究提供的数据有助于未来对生物技术其它方面的探索,同时为进一步研究发酵饲料在农场动物生产中消费效益的建立奠定基础。

关键词:基因组序列、干酪乳杆菌群、副干酪乳杆菌、单孢酿酒酵母、发酵饲料、酵母、酸胁迫响应

 

论文ID

原名:Genomic analysis revealed conserved acid tolerance mechanisms from native microorganisms in fermented feed

译名:基因组分析揭示了发酵饲料中天然微生物保守的耐酸机制

期刊:Journal of Applied Microbiology

IF:3.772

发表时间:2021.9.6(首次发表)

通讯作者:Christian Magni

通讯作者单位:阿根廷国立罗萨里奥大学罗萨里奥分子与细胞生物学研究所

DOI号:10.1111/jam.15292

原文链接:

https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jam.15292


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关键词:
微生物,研究,群落,土壤,进行

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