Microbiome | 蒙特利尔大学利用单菌落测序揭示蓝藻与其互作细菌之间微生物组的系统共生！

蓝藻自然存在于水生生态系统中，通常会繁殖成有害的水华并产生多种毒素，从而导致严重的人类疾病。许多蓝藻和真核藻类生长在被称为藻际包围的粘液菌落中，该区域富含细胞分泌物，代谢物在众多微生物之间交换。在这个微生境中，蓝藻和相关细菌（AB）之间的相互作用可能包括共生、竞争、拮抗和寄生。然而，塑造这些相互作用的驱动因素在很大程度上是未知的。在某些情况下，AB可能会促进藻类或蓝藻的生长。了解AB对蓝藻生长和毒素产生的贡献对我们预测和控制有害藻华的能力具有重要意义。

2021年9月27日，国际权威学术期刊Microbiome发表了加拿大蒙特利尔大学B. Jesse Shapiro团队的最新相关研究成果，题为Single-colony sequencing reveals microbe-by-microbiome phylosymbiosis between the cyanobacterium Microcystis and its associated bacteria的研究论文。

微囊藻属的蓝藻可以与附着的异养细菌形成大的粘液菌落（它们的微生物组）。然而，蓝藻与其微生物组之间关系的性质仍不清楚。它是一种长期的、进化上稳定的关联吗？哪些合作伙伴受益？本研究探究了从加拿大尚普兰湖和巴西潘普利亚水库原位分离且未经培养的109个单独微囊藻属菌落（包括蓝藻和相关细菌基因组）的基因组多样性。

结果确定了来自加拿大的14种不同的微囊藻属基因型，其中只有两种以前报道过，以及四种特定于巴西的基因型。微囊藻属遗传多样性在菌落之间远大于菌落内，这与通过克隆扩张而不是微囊藻属细胞聚集的菌落生长一致。该研究还在微生物组中鉴定了72种细菌。每个微囊藻属基因型都有不同的微生物组组成，更密切相关的基因型具有更多相似的微生物组。这种系统共生模式可以通过九个最普遍的相关细菌属中只有两个（玫瑰单胞菌属和红细菌属）的共系统发育来解释。这些系统发育相关属可以丰富微囊藻的代谢库，例如通过编码互补类胡萝卜素分子的生物合成。相比之下，其他菌落相关细菌显示出较弱的共系统发育信号，但与微囊藻水平基因转移的证据更强。这些观察结果表明，当关联松散时，获得性基因更有可能保留在双方（微囊藻及其微生物组的成员）中，而当关联在物理上紧密且在进化上持久时，一个基因拷贝就足够了。本研究引入了一种从自然界中无培养分离单个菌落的方法，然后进行宏基因组测序，该方法可应用于其他类型的微生物。总之，结果扩展了自然环境中微囊藻及其微生物组的已知遗传多样性，并支持它们的长期、特定和潜在的有益关联。

图1. 109个微囊藻菌落基因组和先前测序的参考基因组的系统发育树

图2. 比微囊藻菌落内更大的遗传多样性

图3. 微囊藻基因型具有不同的微生物组

图4. 微囊藻与两种普遍的相关细菌之间的共系统发育

图5. 推断微囊藻和相关细菌之间最近的HGT

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