文章名：土壤微生物网络中核心菌群丰度与农业生态系统的高功能潜力有关
发表期刊：Environment International
影响因子：7.577
发表时间：2020.5
实验设计：27个样地243个样本，每个点取样15cm深度的12个土芯，然后混样，通过冰盒运输迅速送回实验室。除了研究了细菌和真菌的多样性，还检测了71个功能基因的qPCR定量表达。
实验方法：16S+ITS+qPCR
研究背景在复杂的生态网络中，微生物类群可以根据它们与其他类群的连接性水平，根据它们的普遍作用进行分类。在生态网络中高度相连的类群( kinless hubs)被认为比不相连的类群（peripherals）支持更高层次的生态系统功能。然而，在农业生态系统中，kinless hubs在调节土壤微生物群落的功能潜力方面的作用，还在被不断探索和了解。该研究团队通过对243个在功能和经济上都很重要的农业生态系统(小麦和玉米)的土壤样本的大规模调查，建立了真菌和细菌类群的相关性网络。结果表明，生态网络中被划分为kinless hubs的类群的相对丰度与包括C固定、C降解、N循环、P循环和S循环等基因的丰度呈显著正相关。多种土壤性质的结构方程模型（SEM）进一步表明，kinless hub与多种功能基因的丰度存在直接的显著正相关关系，而非provincial, connector以及peripheral类群。以上发现表明在微生物网络中被分类为kinless hub土壤类群的相对波动与高功能潜能有关，这对于理解和管理(通过控制微生物关键物种)大空间尺度的农业栽培生态系统具有重要意义。主要结果1.利用真菌和细菌类群建立了相关网络;2.kinless hub与功能基因丰度呈高度正相关;3.SEM结果显示，kinless hub对功能基因有积极的影响。结果说明：243份土壤样品中，从15,184,073条高质量序列中，共鉴定出75,179个细菌OTU。放线菌、alpha-变形菌、酸杆菌、Gamma-变形菌、Beta-变形菌和绿弯菌门上占优势，占总序列的75%。在本研究中，优势菌科酸杆菌科在LB中的相对丰度最高。细菌群落组成与土壤PH有很强的相关性。除了细菌，还获得了243个土壤的11,076条真菌质量序列，鉴定出5,068个OTU。在门水平上，子囊菌属(~85.3%)、担子菌属(~6.0%)和接合菌属(~5.1%)占主导地位。图1 取样地点以及取样方式图2 不同地点优势微生物类群图3 聚类模块在相关网络中，确定了8个生态集群。在生态网络中，94%微生物物种被划分为peripherals (紫色)，3%为connectors (红色)，3%为provincial hubs (绿色)，只有0.2%为kinless hubs (蓝色) 。这些网络关系并没有均匀地分布在确定的生态集群中。kinless hubs包括了芽单胞菌门和Phycisphaerae的系统类型。大多数connectors在Module6和Module8中。connectors包括变形菌，放线菌，酸杆菌, 拟杆菌, 疣微菌, 接合菌和子囊菌。provincial位于Module11、2和4中。图4 核心菌与功能之间关系核心 OTUs (OTU237047, OTU575940)的平均标准化丰度与功能基因丰度的关系。功能基因按C降解、C固定、C甲醇、N(氮循环)、P(磷循环)和S(硫循环)进行分组。生态网络中核心的类群的相对丰度与参与C、N、P和S循环的功能基因的丰度呈显著正相关。图5 kinless hubs，connectors, provincial hubs, peripherals和土壤功能之间的相关性
kinless hubs，connectors, provincial hubs, peripherals和土壤因素之间的相关性强度的热图。颜色越深表示相关性越强，蓝色为负相关，红色为正相关。该图仅展示显著相关(P <0.05)的相关系数(r)。我们的研究提供了经验证据,类群的相对多度分为kinless hubs在生态网络是积极和显著相关功能基因的丰度在C, N, P和S循环。类群分类为connectors的相对丰度与土壤的丰度弱正相关功能基因。与此相反，provincial hubs, peripherals的类群相对丰度与这些功能基因的丰度呈负相关。图6 SEM分析示意图SEM分析结果证实了正相关的相对丰度kinless hubs和多个功能基因的丰度(β= 0.32,标准化回归权重),和provincial hubs, peripherals和功能基因(β= 0.27和0.26,标准化回归权重)(图6B和D)。connectors的相对丰度与土壤是弱相关函数(β= 0.01,标准化回归权重)(图6C)。不同网络角色类群的相对丰度与不同的土壤性质有关。例如，pH、TP、TK、Ca和Cd对kinless hubs有正向和直接的影响(图3A)。土壤AP和Mg对provincial hubs有强烈的正向影响(图6B)，connectors类群丰度与土壤pH和Cu呈正相关(图6C)。几乎没有任何因素对peripherals产生正面影响(图6D)。土壤变量对枢纽和功能基因的影响各不相同，但pH值直接影响各枢纽和功能基因，如对kinless hubs和connectors和功能基因的影响为正，对provincial hubs和peripherals的影响为负。总结综上所述，该结果表明，高度相连的类群数量减少后的相对丰度对于保持较高的功能潜力至关重要，这对在大空间尺度上理解集约农业生态系统的功能具有重要意义。在我们的土壤中培养数千种微生物是不可行的，然而，针对本研究中确定的减少的关键物种子集，可能对监测人类管理生态系统下的生态系统功能具有重要意义。
参考文献Shi Yu,Delgado-Baquerizo Manuel,Li Yuntao et al. Abundance of kinless hubs within soil microbial networks are associated with high functional potential in agricultural ecosystems.[J] .Environ Int, 2020, 142: 105869.相关阅读
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