环境微生物专栏 | 近期重要期刊最值得看的研究进展盘点（20211008）

Microbiome

科研| Microbiome：超泛基因组学揭示了普遍存在的海洋细菌SAR324谱系的代谢潜力的深度依赖变化

本文由鼻涕编译

摘要：【背景】海洋微生物群在全球碳循环中发挥着关键作用，是海洋内部碳和能量转化和循环的核心。SAR324是δ变形菌属（Deltaproteobacteria）的一个普遍存在，但人们对它知之甚少，它栖息在整个水体，从海洋表层水域到深海内部。虽然在阐明SAR324在黑暗海洋中的潜在代谢特性方面取得了一些进展，但对这一类群在透光层和朦胧区域的生态学和代谢能力知之甚少。为了研究SAR324进化支的比较基因组学、生态学和生理潜力，我们在北太平洋副热带环流（地球上最大的生物群落之一）的地表水到深海的生物中，研究了该进化支的关键基因组特征和代谢途径的分布和变异性。

【结果】我们利用了一种泛基因组生态学方法，结合了时空解析的单细胞扩增基因组（single-amplified genome）、宏基因组（metagenomic）和宏转录组（metatranscriptomic）数据集。数据显示SAR324进化支具有丰富的基因组多样性，具有明显的深度和时间分布，可以明确区分生态型。系统基因组亚分支的描述、环境分布、基因组特征的相似性和代谢能力显示出很强的一致性。本研究中描述的四个SAR324生态型在其特定生境的代谢潜力方面显示出显著的差异。生活在黑暗或黄昏的海洋中的生态型具有与硫基化能自养生活方式一致的基因组特征和代谢能力。相反，那些生活在阳光照射下的海洋中的生物显示出更高的可塑性能量相关代谢途径，支持一种假定的光异养生活方式。在表层SAR324生态型中，我们观察到两种质子泵浦的视紫红质，以及基于类黄视紫红质捕光蛋白的活性光异养的基因组、转录组学和生态学证据。

【结论】结合泛基因组学和宏基因组学和宏转录组学分析，发现SAR324细菌分支在垂直分布、基因组组成、代谢潜力和预测生活方式策略等方面存在显著差异。这些结果突出了跨环境梯度的宏基因组学方法的效用，用于解释复杂微生物群落中特定系统发育分支的功能和生态特征的特性和变异。

关键词：海洋微生物组、微生物生态学、生态型、全基因组、宏基因组、宏转录组、浮游生物，深海、光能异养生物、化学自养

论文ID

原名：Metapangenomics reveals depth-dependent shifts in metabolic potential for the ubiquitous marine bacterial SAR324 lineage

译名：超泛基因组学揭示了普遍存在的海洋细菌SAR324谱系的代谢潜力的深度依赖变化

期刊：Microbiome

IF：14.650

发表时间：2021.08.13

通讯作者：Dominique Boeuf；Edward F. DeLong

通讯作者单位：美国夏威夷大学Daniel K. Inouye微生物海洋学中心

DOI号：10.1186/s40168-021-01119-5

原文链接：

https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-021-01119-5

视频摘要

中科院| Microbiome：张丽梅研究员团队揭示植物发育阶段促使玉米微生物组的生态作用发生分化（国人佳作）

本文由鼻涕编译

摘要：【背景】植物与各种各样的微生物群落生活在一起，这些微生物群落深刻地影响着宿主的多个方面，但宿主的发育是否以及如何影响作物微生物群落的组装、功能和微生物间的相互作用尚不清楚。在本研究中，我们在两个对照点研究了玉米三个发育阶段的土壤细菌和真菌群落、叶和根的附生和内生生态位以及假植株的塑料叶片 (代表环境本底微生物)，并基于宏基因组学进一步探讨叶面微生物群的潜在功能。

【结果】结果表明，与土壤相比，植物发育阶段对植物室微生物多样性、组成和界间网络的影响更大，对叶面的影响最大。叶面微生物群落受植物生长和季节环境因素的共同影响，空气 (以假植物为代表) 是叶面微生物群落的重要来源。然后，我们发现，植物间的细菌群落在早期强烈地受到确定性过程的驱动，而真菌群落在后期也有类似的模式。此外，早期细菌类群在微生物互联网络和作物产量预测中起着更重要的作用，而真菌类群在后期也起着重要的作用。宏基因组分析进一步表明，叶面微生物群落早期比晚期具有更高的功能多样性，与营养提供相关的功能基因在早期富集，与N吸收和C降解相关的功能基因在晚期富集。与此同时，植物微生物群中放线菌门 (Actinobacteria)、伯克氏菌科 (Burkholderiaceae) 和根瘤菌科(Rhizobiaceae)等有益菌群在早期较多，而腐生真菌在后期较多。

【结论】本研究结果表明，宿主发育阶段对植物微生物组的组装和功能有着深刻的影响，细菌和真菌微生物组在植物发育的不同阶段起着不同的生态作用。本研究为宿主在植物生长发育过程中通过确定性选择对植物微生物群落产生强烈影响提供了经验依据。这些发现对未来控制微生物组以可持续提高初级生产力的工具的开发具有启示意义。

关键词：作物微生物组、时间动态、土壤-植物连续体、微生物组装配、微生物界网络、叶面微生物组、宏基因组学

论文ID

原名：Plant developmental stage drives the differentiation in ecological role of the maize microbiome

译名：植物发育阶段促使玉米微生物组的生态作用发生分化

期刊：Microbiome

IF：14.650

发表时间：2021.08.13

通讯作者：张丽梅

通讯作者单位：中国科学院生态环境科学研究中心城市与区域生态学国家重点实验室

DOI号：10.1186/s40168-021-01118-6

原文链接：

https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-021-01118-6

视频摘要

ISME Journal

科研| The ISME Journal：植物内生微生物群内资源利用和生态位重叠的网络结构

本文由咖啡里的茶编译 

摘要：内生菌通常对寄主植物有显著影响。描述这些群落成员之间的关系的重点是确定单个微生物对其宿主的影响，但通常忽略了自然群落中无数微生物之间的相互作用以及潜在的高阶相互作用。网络分析提供了一种强有力的手段来描述植物群落中微生物成员之间的相互作用模式，这种相互作用模式对于调节植物群落的组装和功能至关重要。本研究中，我们以12个内生菌群落为样本，比较共存细菌和真菌的生态位重叠模式，以评估营养补充对局部和全局竞争网络结构的影响。我们发现，尽管程度分布存在差异，但在持续营养修正后，生态位重叠网络的全局网络结构几乎没有显著差异。同样，我们发现，无论营养处理如何，高阶相互作用的证据都是特异性和薄弱的。本研究首次揭示了内生植物群落的生态位重叠网络结构，并为微生物相互作用网络的高分辨率分析提供了框架，这是微生物群落功能生态变异的结果和原因。 

主题：群落生态学，微生物生态，微生物组

论文ID

原名：Network structure of resource use and niche overlap within the endophytic microbiome

译名：植物内生微生物群内资源利用和生态位重叠的网络结构

期刊：The ISME Journal

IF：10.302

发表时间：2021.8.19

通讯作者：Matthew Michalska-Smith

通讯作者单位：明尼苏达大学植物病理学系

DOI号：10.1038/s41396-021-01080-z

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41396-021-01080-z

SBB

黑龙江大学&曲阜师范 | Soil Biology and Biochemistry：北方森林演替过程中土壤细菌和真菌群落组成和功能群的变化（国人佳作）

本文由景行编译

摘要：本研究阐明了土壤微生物群落在演替过程中的响应及其潜在功能，对于理解生物地球化学过程和森林发展的可持续性具有重要意义。然而，在北方森林生态系统中，对演替过程中微生物群落动态的研究仍然知之甚少。因此，为了研究演替引起的微生物多样性动态，研究者采用 “空间代替时间（space instead of time）” 的方法，选择了国家级自然保护区内的四个生境（包括草地、桦树林、混交林、和落叶松林）来代表北方森林的主要演替序列。同时还使用了16S和ITS rRNA基因测序来检测细菌和真菌群落，并利用FAPROTAX和FUNGuild数据库来预测细菌和真菌功能群。结果表明，森林演替显著改变了细菌和真菌的群落组成，其中真菌群落对演替阶段的变化更为敏感。外生菌根真菌的相对丰度随着演替而显著增加，而参与氮循环的细菌官能团的相对丰度没有显著变化，表明真菌可能在演替过程中的养分循环过程中起主要调节作用。在本研究中，土壤总碳和总氮是影响土壤微生物群落和真菌功能群结构的主导因素。本研究结果表明，真菌群落结构和功能群的变化可能在北方生态系统演替过程中的土壤养分循环中发挥关键作用。

关键词：针叶林、细菌群落、真菌群落、微生物官能团、营养循环

亮点：

1. 演替后期真菌多样性显著下降。

2. 真菌群落结构的变化比细菌更明显。

3. 细菌和真菌在北方生物群落中遵循不同的演替轨迹。

4. 真菌的功能群在演替过程中发生显著变化。

5. 细菌对总氮的变化比真菌更敏感

论文ID

原名：Changes in soil bacterial and fungal community composition and functional  groups during the succession of boreal forests

译名：北方森林演替过程中土壤细菌和真菌群落组成和功能群的变化

期刊：Soil Biology and Biochemistry

IF：7.609

发表时间：2021.8.24

通讯作者：王庆贵，闫国永

通讯作者单位：黑龙江大学农业资源与环境学系，曲阜师范大学生命科学学院

DOI号：10.1016/j.soilbio.2021.108393

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2021.108393

中科院| Soil Biology and Biochemistry：氮添加对土壤有机质转化动力学机制的影响：从土壤碳/氮驱动机制到微生物驱动机制（国人佳作）

本文由弈轩编译

摘要：大气氮（N）沉降对土壤碳（C）动态的影响变化很大，其潜在机制尚不清楚。这限制了我们预测土壤对气候变化反应的能力。土壤有机质活性组分（Labile-fraction soil organic matter，LF-SOM）是土壤变化的最早响应指标，该指标在本研究中用于研究西藏高山草原上六个水平（0、10、20、40 , 80 和 160 kg⋅N⋅ha⁻¹⋅yr⁻¹) 的氮添加， 2 和 5 年后的指标变化。LF-SOM指纹图谱（热解气相色谱/串联质谱，pyrolysis-gas chromatography/tandem-mass spectrometry）结合微生物群落数据（高通量测序）用于探索LF-SOM对N添加的反应及其驱动因素。LF-SOM在施氮的第2年表现为积累（N10-N20）和分解（N40-N160），但在第5年仅表现为分解（N10-N160）。LF-SOM中的有机化合物在第2年对N水平表现出高敏感性（90%与N水平显著相关），但抗性较低（抗性指数为0.38），而在第5年时对N水平表现出低敏感性（无显著相关），但抗性较高（0.48）。非生物和生物因子在第2年对氮水平的敏感性（70%以上显著相关）高于第5年（约20%显著相关），生物因子在第5年对氮水平的抗性（0.83）高于第2年（0.73）。非生物因素（主要是土壤C/N平衡）是第2年LF-SOM转化的主要驱动因素，而生物因素（主要是微生物）是第5年LF-SOM分解的主要驱动因素。我们的研究表明，氮沉积对LF-SOM转化的可变影响取决于非生物和生物因子对氮积累反应的变化。这一认识对于预测未来氮沉降下的陆地生态系统功能具有重要意义。 

关键词：氮沉积；土壤有机质转化；非生物因子；生物因子；敏感；抵抗力

论文ID

原名：Shifts in the dynamic mechanisms of soil organic matter transformation with nitrogen addition: From a soil carbon/nitrogen-driven mechanism to a microbe-driven mechanism

译名：氮添加对土壤有机质转化动力学机制的影响：从土壤碳/氮驱动机制到微生物驱动机制

期刊：Soil Biology and Biochemistry

IF：7.609

发表时间：2021.7.8

通讯作者：张更新

通讯作者单位：中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统、资源与环境国家重点实验室

DOI号：10.1016/j.soilbio.2021.108355

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071721002285

图片摘要

中科院| Soil Biology and Biochemistry：亚热带森林-植物多样性驱动土壤有机碳积累的植物及微生物途径（国人佳作）

本文由温水编译

摘要：植物物种丰富度（PSR）影响土壤有机碳（SOC）储量。然而，由于土壤SOC的来源和组成较为复杂，PSR与SOC的关系及驱动机制尚未完全揭示，这阻碍了植物多样性变化下对SOC动态变化的准确预测。本文综合考虑了样地属性、凋落物和土壤特性，研究了亚热带森林中沿自然PSR和林龄梯度的SOC积累的变化。我们利用生物标志物和土壤分组技术，运用混合效应模型等统计方法，区分了表层（0-10 cm）和底层（30-40 cm）土壤植物源（木质素酚、轻质组分和颗粒有机质）和微生物源（氨基糖、矿物结合有机质）SOC组分以及PSR和SOC的关系。我们发现（1）即使控制了样地属性、凋落物和土壤特性的影响，PSR仍会促进两个土层土壤SOC的积累；（2）然而，两个土层中PSR对SOC调控途径存在差异：在表层土壤中，PSR对土壤SOC积累的正效应主要受植物源组分（木质素酚、轻质组分和颗粒有机质）的调控，其次才是微生物组分。相比之下，在底层土壤中，PSR可能通过提高底层土壤中的可溶性有机质（DOM）和氮素有效性、提高微生物组分（氨基糖、矿物结合有机质）而非植物源组分，从而调控SOC积累。因此，植物途径主导了表层土壤SOC的积累，而微生物途径主导了底层土壤SOC的积累。这些发现为深入理解生物多样性与生态系统碳汇功能的关系提供了新的证据，这可能有助于在未来构建植物多样性变化下的土壤碳动态地球系统预测模型。

关键词：土壤有机碳、植物物种丰富度、生物标志物、土壤分组、微生物残体

论文ID

原名：Plant and microbial pathways driving plant diversity effects on soil carbon accumulation in subtropical forest

译名：亚热带森林-植物多样性驱动土壤有机碳积累的植物及微生物途径

期刊：Soil Biology and Biochemistry

IF：7.609

发表时间：2021.08.03

通讯作者：冯晓娟

通讯作者单位：中国科学院植物研究所

DOI号：10.1016/j.soilbio.2021.108375

原文链接 :

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071721002480

中科院| Soil Biology and Biochemistry：南土所冯有智和李忠佩研究员证明了水稻土溶解有机质的化学多样性被地理距离和施肥协调的细菌群落塑造以及同质化

本文由弈轩编译 

摘要：了解土壤溶解有机质（Dissolved organic matter，DOM）的化学多样性及其与微生物的相互作用对于理解土壤中的生物地球化学过程至关重要。在本研究中，采用超高分辨率傅立叶变换离子回旋共振质谱（fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry，FT-ICR-MS）在分子水平上详细描述了DOM化学多样性。本研究评估了四个农业生态试验点（水田）在不同距离、不同长期施肥条件下DOM化学多样性的变化。与人为施肥相比，地理距离对DOM化学多样性的影响大于人为施肥。距离衰减分析表明，随着地理距离的增加，DOM化学多样性的差异性显著增加。长期的有机施肥使DOM的化学多样性均质化，因为它使脂质类化合物更加相似，而与地理位置无关。结合DOM化学多样性和细菌群落组成的网络分析表明，细菌物种和DOM分子之间存在显著的相互作用。变量划分分析（Variable partitioning analysis，VPA）表明，细菌群落多样性决定土壤DOM化学多样性，而反之不成立。总之，地理距离通过塑造细菌群落间接影响土壤多样性。 

关键词：溶解有机物；化学多样性；细菌群落；地理距离；FT-ICR-MS

论文ID

原名：The chemodiversity of paddy soil dissolved organic matter is shaped and homogenized by bacterial communities that are orchestrated by geographic distance and fertilizations

译名：水稻土溶解有机质的化学多样性被地理距离和施肥协调的细菌群落塑造和同质化

期刊：Soil Biology and Biochemistry

IF：7.609

发表时间：2021.8.3

通讯作者：冯有智 和 李忠佩

通讯作者单位：中国科学院南京土壤研究所

DOI号：10.1016/j.soilbio.2021.108374

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071721002479

图文摘要

Plant and Soil

中科院昆明植物研究所| Plant Soil：黑孢块菌对蒙古栎幼苗的菌根化作用改变了根系碳排放和根际细菌群落 (国人佳作)

本文由永稷编译

文章摘要：目的：为了研究外生菌根 (ectomycorrhizas，ECMs)是如何通过改变理化特性和根系碳分泌来对植物表型和根际细菌群落进行调控。

方法：将蒙古栎 (Quercus mongolica) 种植在由41%腐殖土、41%蛭石、9%松树皮和9%石灰石组成的基质中，进行黑孢块菌 (Tuber melanosporum) 接种和未接种两种处理。采用气体交换荧光系统，电感耦合等离子体原子发射光谱仪，高效液相色谱、气相色谱和质谱以及16 S rRNA测序进行不通过处理间光合作用和养分特性、根际碳分泌物和细菌群落等指标的测定。

结果：黑孢块菌Tuber melanosporum 菌根真菌接种使得叶片光合作用速率增加了69%，磷浓度增加了94%，根际PH增加了0.4个单位，根际酸性磷酸酶活性增加了33%，有机碳含量上升了76%。但使得叶片中钾的浓度降低了26%，根际有机离子的浓度降低了50%。此外，在黑孢块菌菌根真菌定殖的植物根际提取物中出现了包括半乳糖在内的糖类物质，但在未定殖的植物根际提取物中没有检测到该类物质。菌根真菌改变了根际细菌群落，在定殖和未定殖的根际土壤中仅有约10%的共同OUT。黑孢菌块定殖植物中会富集放线菌门微生物。黑孢菌块菌根真菌定殖对其他细菌OUT丰度的影响与植物理化性质和根际因素相关。

结论：本研究表明黑孢菌块外生菌根真菌的定殖能够调控生长在无菌基质中蒙古栎碳经济和根际细菌群落，从而促进植物生长和碳循环。 

关键词：碳吸收；外生菌根真菌；蒙古栎；腐殖质；黑孢块菌

论文ID

原名：Mycorrhization of Quercus mongolica seedlings by Tuber melanosporum alters root carbon exudation and rhizosphere bacterial communities

译名：黑孢块菌对蒙古栎幼苗的菌根化作用改变了根系碳排放和根际细菌群落

期刊：Plant and Soil

IF：4.192

发表时间：2021.08.11

通讯作者：汪延良和于富强

通讯作者单位：中国科学院昆明植物研究所，云南省野生植物种质资源库真菌多样性与绿色发展实验室

DOI号：10.1007/s11104-021-05112-7

原文链接：

 https://doi.org/10.1007/s11104-021-05112-7