Nature Ecology and Evolution | 物质代谢驱动微生物群落的竞争合作两极分化！

微生物群落是生态系统的基本组成部分（Microbiome | 德国慕尼黑亥姆霍兹中心重新定义微生物组：旧概念和新挑战！（附视频））。它们在基本的生态系统功能（例如地球化学循环）中起着至关重要的作用（eLife | 加拿大蒙特利尔大学研究揭示微生物相互作用影响群落多样性的机制！）。微生物群落的生物学特性取决于它们的组成，当它们受到干扰时，其功能就会受到阻碍。在微生物生态系统中，新出现的挑战是调节群落以修复受干扰的状态或实现新的群落级功能。然而，仍然很难预测哪一组微生物将形成一个稳定的群落或给定的群落将如何应对生物和非生物干扰。养分的可利用性对于群落的组装及其中的代谢相互作用至关重要。先前的研究已经使用基因组规模的代谢模型对这些进行了评估，其中考虑了所有群落成员的代谢和生物合成能力。尽管这些研究证明了基因组规模的建模方法可以评估微生物群落之间的竞争和合作程度，但是由于所分析的物种和环境数量少，它们的范围仍然有限。

近日，德国欧洲分子生物实验室（EMBL）和英国剑桥大学的Kiran R. Patil团队与Peer Bork团队合作的研究成果发表在国际顶级期刊Nature Ecology and Evolution，题为Polarization of microbial communities between competitive and cooperative metabolism，本研究结合了来自全球数千个微生物群落（从植物、土壤到人类肠道）的数据，以探究微生物群落之间的竞争和合作关系。

资源竞争和代谢物交叉供应是微生物群落组装的主要驱动力。但是，尚未对这两种相互冲突的力量在自然群落组成中的反映程度进行系统研究。本研究使用基因组规模的代谢建模来评估成千上万个栖息地的大型微生物群落（最多40个成员）中资源竞争和代谢合作的潜力。本研究分析揭示了两种截然不同的微生物群落类型，它们聚集在竞争与合作之间的权衡中。一端是高度合作的群落，其特征是较小的基因组和多种营养缺陷。另一端是竞争激烈的群落，这些群落具有更大的基因组和重叠的营养需求，并拥有更多与抗菌活性有关的基因。后者主要存在于土壤中，而前者存在于自由生活和与宿主相关的栖息地中。群落尺度的通量模拟表明，尽管竞争性群落可以更好地抵御物种入侵，但不能抵御养分转移；合作群落容易受到物种入侵，但对养分变化具有抵抗力。科研人员还通过分析其他数据显示，益生菌物种的定殖与受体微生物组中合作物种的存在正相关。总之，本研究结果突出了自然群落组装中竞争性和合作性代谢之间的分歧及其对群落调节的影响。

图1：共生微生物群落在竞争与合作格局中两极化

图2：合作和竞争群落的微生物成员显示出独特的基因组和系统发育特征，并具有不同的丰度特征

图3：合作群落占据了更多不同的栖息地

图4：在四个主要门中都观察到竞争和合作群落的微生物成员

图5：合作和竞争微生物群落对非生物和生物扰动的敏感性不同

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