Nature Microbiology | 研究揭示土壤微生物组如何应对森林野火并被其改变！

由于地球上不断变化的气候和历史上的森林管理做法，全球的野火发生频率和严重程度都在增加。森林土壤微生物群具有无数重要的生态系统作用，包括封存土壤中的碳，处理土壤中的营养物质，并在支持植被生长的根际中形成关键的相互作用。然而，以前的研究表明，野火可以减少土壤中的微生物生物量，改变土壤微生物组的组成，这都会对森林再生和整体生态系统健康产生影响。

2022年8月，国际权威学术期刊Nature Microbiology发表了美国科罗拉多州立大学Michael Wilkins团队的最新相关研究成果，题为Wildfire-dependent changes in soil microbiome diversity and function的研究论文。科研人员的目的是在这项工作和以前的基因组解析研究的基础上，确定土壤微生物组如何应对美国西部针叶林中日益严重的野火。科研人员的研究重点是微生物用来在这些极端干扰中生存的机制，以及野火驱动的土壤微生物组变化的生态系统影响。

科研人员的工作重点是2019年在科罗拉多州和怀俄明州边境的针叶林中燃烧的两场野火的影响，科研人员在野火烧痕内确定了一系列烧伤严重程度的梯度。土壤样品是在火灾后一年采集的，包括受低度、中度和高度野火影响的土壤。以前关于受火灾影响的土壤的大部分工作都集中在成分变化上；在这篇文章中，科研人员使用DNA测序来重建环境中的3000多个细菌、真菌和病毒基因组，这可以用来确定火灾后微生物组功能的变化。科研人员还对同一样本的mRNA进行了测序，以确定微生物基因组所编码的活跃过程和途径。这个微生物基因组数据集作为科研人员研究的基础，使科研人员能够推断出代谢过程和相互作用、生存策略以及土壤微生物组改变后产生的生态系统影响。

日益严重的野火推动了土壤微生物组多样性和组成的变化（图1a），放线菌门的成员在高烈度野火后特别富集。值得注意的是，较深的矿质土壤与野火的影响更加绝缘，很可能是这些干扰影响的避难所。火灾后微生物群落的主要成员使用各种策略在烧毁的表层土壤中茁壮成长，包括耐温机制、快速生长和占据自由环境的能力，以及利用火灾产生的热源有机物的能力（图1b）。烧毁的土壤样本内的病毒以最主要的细菌为目标，这可能导致裂解的细胞释放出生物可用的有机物质。虽然野火后某些微生物群被富集，但科研人员也观察到大多数外生菌根真菌的损失，这些真菌通常在根际与树根形成关键的共生关系，此外还有某些热敏细菌类群的损失。

图1：火灾后土壤微生物组的多样性和功能转变

科研人员的工作对火灾如何改变土壤微生物组的功能给出了一些首次基因组解析的见解。火灾发生一年后，许多在未被烧毁的土壤中由微生物执行的关键生态系统功能在被烧毁的样本中都不存在。特别是，高烈度火灾后，外生菌根真菌的缺失可能会影响松树幼苗在受火灾影响的土壤中重新建立和生长的能力。此外，许多富集的分类群处理火成碳的能力对这些碳库的稳定性有影响。通常认为火成有机物对微生物的降解有相对的抵抗力；然而，科研人员的研究结果表明，许多因火灾而富集的微生物群体可以降解这些底物。

本研究中的数据代表了一个时间快照，并没有对土壤微生物群恢复到火灾前的状态所需的时间尺度给出任何见解。这些数据仅表明，火灾发生一年后，被烧毁的土壤微生物群与未被烧毁的对照土壤的微生物群仍有很大不同。此外，本研究中提出的许多见解都来自于DNA和RNA测序分析。虽然科研人员的工作支持以前使用微生物分离物的实验室研究的结果，但进一步有针对性的实验室调查可以测试科研人员的许多基因组推断。在这些研究中加入时间成分，可以观察到这些土壤群落在不同的火灾严重程度后如何随时间变化。这种研究将为野火干扰后森林生态系统的整体恢复提供新的信息。

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