六月每日一文
六月荷香
6.30
近海大面积种植海草对水体和沉积物群落的影响
小丸子
海草种植不仅可以提供经济效益，还能够补救因海水养殖而被污染的环境。然而，我们对海草种植如何影响微生物群落还知之甚少。广州暨南大学研究团队在ELSEVIER上发表了名为“Large-scaleseaweed cultivation diverges water and sediment microbial communities in thecoast of Nan'ao Island, South China Sea”的文章，通过16S rRNA Miseq测序的方法对南澳岛附近的海草种植区（GZ）和对照区（CZ）的水体和沉积物微生物群落多样性、组成、结构进行了分析。结果显示：（1）龙须菜（G.lemaneiformis）的大面积种植使溶解氧（DO）和pH值升高，但无机营养含量下降，这可能与龙须菜的营养摄取、光合作用和其他生理过程有关；（2）与对照区相比，龙须菜种植区的这些环境变化显著影响着水体和沉积物的微生物群落组成和结构；（3）另外，与海草有关的微生物分类单元会在种植区富集，例如Arenibacter、Croceitalea、Glaciecola、Leucothrix、Maribacter。这项研究为我们了解海草种植对微生物群落的影响及其对生态系统的反馈提供了有用的信息，这将有助于我们将来对微生物群落、海藻及其环境之间关系的研究。
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http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969717307635
6.29
内分泌干扰物（ endocrine disrupting chemicals）
对红树林沉积物细菌群落的影响
坚果儿
红树林湿地是热带和亚热带海岸独特的潮间带生态系统。红树林湿地的沉积物被认为是多种人造污染物的重要接收器。酚类内分泌干扰物和类固醇雌激素在过去的几十年里广泛应用于工业、农业、个人护理和家庭领域。这些化合物作为主要的内分泌干扰物（EDCs）引起了重视，因为即使非常微量也会对水生动物产生严重的影响。前人通过高通量测序技术已经揭示了红树林湿地细菌群落的详细结构并在不同的分类水平上研究了细菌多样性，但是EDCs会对红树林湿地细菌群落产生怎样的影响还不清楚。最近，中山大学海洋科学学院的陈保卫研究团队在Marine Pollution Bulletin上发表了一篇题为“Effects of endocrine disrupting chemicals (EDCs) on bacterial communities in mangrove sediments”的文章。以采集的红树林沉积物和潮泥滩沉积物为材料，模拟潮汐涨退，设置不同的处理，用高通量测序技术研究在内分泌干扰物压力下红树林和潮泥滩沉积物原始细菌群落的变化以及无菌沉积物细菌群落的再发展过程。结果显示，在所有的样品中原始沉积物的细菌多样性是最高的，未灭菌和灭菌的沉积物培养84天细菌多样性次之。变形菌门在红树林和潮泥滩沉积物中都是优势门，然后是蓝藻门，绿弯菌门，浮霉菌门，酸杆菌门。添加EDCs，细菌总量的减少并不显著，但是细菌群落结构却大幅度改变。EDCs促进或抑制的细菌属的数目分别是288个和324个。沉积物的类型和细菌群落的初始状态不同，受EDCs影响的细菌属也明显不同。总之，红树林沉积物的细菌群落结构与它们的再发展和响应内分泌干扰物污染密切相关。
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http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025326X17305155
6.28
长期施肥对不同作物生产体系土壤团聚体中微生物群落的影响
小丸子
团聚体是土壤的基本结构单元，是生物地球化学循环过程的重要场所。微生物是土壤生态系统中最活跃的部分，它们的生命活动影响着土壤碳氮循环和土壤团聚结构的形成和稳定性。因此了解团聚体中微生物分布，对于理解这些生物地球化学过程具有重要的意义。
中国农业大学郑春燕以华北平原长期定位试验平台，系统分析了不同作物生产体系下长期施肥对土壤养分、全土微生物群落结构、团聚体碳氮浓度和微生物群落特征等的影响。研究具体选取三种作物轮作体系试验：（1）温室蔬菜种植体系：有机温室和常规温室；（2）小麦－玉米轮作体系：有机肥、常规施肥、不施肥和自然恢复地；（3）不同作物种植模式体系：有机农田（苜蓿－小麦－苜蓿－玉米轮作）、常规农田（冬小麦套种夏玉米）、不施氮农田（小麦－玉米轮作）和自然恢复地。采用湿筛法获得３种粒径的团聚体：＞0.25mm（大团聚体）、0.053－0.25mm（微团聚体）和＜0.053mm（粉粘粒）。同时采用实时荧光定量（qPCR）、末端限制性片段多态性分析（T-RFLP）和克隆文库等分子生物学方法测定土壤微生物群落结构。结果显示：（1）不同作物生产体系中，长期施肥能够提高团聚体中有机碳和全氮浓度，对团聚体微生物群落结构产生影响，但对细菌和真菌的影响规律不同；（2）细菌群落在团聚体中的分布受团聚体物理结构及碳氮水平的影响；（3）真菌群落在团聚体中分布受种植作物种类及施肥的共同影响。
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http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10019-1016085195.htm
6.27
微生物与海洋全球变化（综述）
卢瑟菌 李小圆
微生物是海洋生物地球化学循环的主要驱动因子，然而人类活动诱发的海洋环境变化（如海洋酸化acidication、气候变暖warming、水体分层stratication及缺氧deoxygenation等）深刻影响着海洋微生物群落。很多功能菌群，如固氮蓝细菌和反硝化微生物可能是全球变化的受益者，而对钙化微生物（calcifiers）及硝化微生物可能更多的是负面影响，其他诸如异养细菌则可能对这种变化的响应有较大的弹性（resilient）。近日，美国南加州大学的Hutchins及Fu在Nature Microbiology上发表了题为“Microorganisms and ocean global change”的综述文章。文章主要从微生物介导的海洋碳循环、氮循环角度论述了海洋浮游微生物群落与海洋全球变化的关系，并对将来微生物介导的碳氮循环发展趋势进行了合理推测。
人类活动诱发的对海洋微生物生长及群落组成会产生显著影响的理化因子变化
a.目前的海洋 VS b. 未来的海洋（~2100年）
人类活动诱发的全球变化对微生物介导的海洋碳循环相关过程的影响
a. 目前的海洋 VS b. 未来的海洋
人类活动诱发的全球变化对微生物介导的海洋氮循环的影响
a. 目前的海洋 VS b. 未来的海洋
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http://sci-hub.cc/10.1038/nmicrobiol.2017.58
6.26
工程和自然生态系统氮循的环过去和现在（综述）
胖 鱼
自然界氮循环从生物固氮开始，由固氮微生物或固氮藻类实现；将大气中的氮气通过生物固氮还原成氨直接用于蛋白合成，或由共生固氮菌将氮气还原成氨后供给宿主进行蛋白合成。生态系统中的氮循环，与我们人类息息相关。2016年，Curr Pollution Rep杂志上刊登了Pappu等人的“Nitrogen Cycle in Engineered and Natural Ecosystems—Past and Current”一文。该文章从整个氮循环（The Overall N Cycle）、氮转化的理论背景（Nitrogen Transformations—Theoretical Background）、反硝化作用（Denitrification）、短程硝化（Single reactor for high-activity ammonia removal over nitrite，SHARON）、全程自养脱氮（Complete autotrophic nitrogen removal over nitrite，CANON）、同时硝化与反硝化（Simultaneous Nitrification and Denitrification）、氮氧化物(NOx)过程（Oxides of Nitrogen (NOx) Process）、氮循环最新研究进展（Latest Developments in N Cycle）等八个方面出发，交待了氮循环的”前世今生”。联系实际应用问题，指出了选择所需的反应器类型等特点，装载标准、污水特征、污泥生产及丰富的微生物特征等。评价和比较了这些特点，将在未来帮助实现可靠及高效的工艺处理过程。
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http://sci-hub.bz/10.1007/s40726-017-0051-y
6.25
在海地进行生活垃圾高温堆肥后细菌群落结构的变化
小超人
回收生活垃圾用于更有价值的途径已经实行了千年。污泥的有氧（高温）堆肥已经表明，堆肥过程减少了机会致病菌的群落数量，并可使废弃物中的蛔虫卵和可培养的大肠杆菌失活。但是采用原材料直接堆肥时，仍然存在着大量粪便来源细菌的问题。对于这个问题，来自美国加州劳伦斯伯克利国家实验室的Piceno等给予了我们答案。他们在2017年发表在PLOS ONE杂志上的文章“Bacterial community structure transformed after thermophilically composting human waste in Haiti”从海地的两个堆肥设施中收集到的各个阶段的堆肥材料进行了全面的微生物群落分析。该实验使用高密度DNA微阵列（PhyloChip）检测粪便微生物群落信号。结果发现：①高温堆肥改变了原料的细菌群落结构，以下典型粪便细菌类群在起始材料样品中至少占一半，但在成熟堆肥中低于检测限：普氏菌属和丹毒丝菌科，埃希氏菌属和志贺氏菌属及毛螺旋菌科；②在最终成熟堆肥中，除破伤风杆菌外，其他机会致病菌降低到检测线以下，而破伤风杆菌可能是在孢子状态下存活或在室外堆肥过程后期再次引入；③通常在堆肥中发现的耐热或嗜热的放线菌门和厚壁菌门（例如裂孢菌属、芽孢杆菌属、嗜高温杆菌）在高温阶段（thermophilic）都大幅增加。这种基于DNA评估人类粪便微生物群落在高温堆肥过程中命运的实验结果将有助于在基础设施和资源有限地区卫生解决方案的优化。
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http://journals.plos.org/plosone/article/file?id=10.1371/journal.pone.0177626&type=printable
6.24
不同扩增靶标对基于测序方法的真菌多样性影响
卢瑟菌
基于marker序列的扩增子高通量测序是目前研究微生物生态最常用的方法。如对于细菌来说，16S rRNA基因是研究其分类和多样性的黄金标准。对于真菌而言，ITS（internal transcribed spacer，内转录间区）则是最常用的靶标序列。但ITS序列长度在不同真菌种属之间存在较大的变动，这就可能会引起PCR扩增或测序偏好及对真菌丰度的错误评估。因此，真菌生态研究中较常用的靶标序列除了ITS外，常用的还有18S 及26S rRNA基因等。但不同靶标对真菌多样性影响如何还不明确。近日，来自意大利的学者Filippis等在Appl. Environ. Microbiol.上发表了题为“Different amplicon targets for sequencing-based studies of fungal diversity”的研究论文，评估了扩增靶标选择对真菌多样性研究的影响。
作者分别通过与SILVA & UNITE数据库比对（in silico）、对不同环境来源生物样本（土壤、人唾液、粪便、葡萄汁）和常见真菌模拟群落（mock community）进行测序分析等方法，评估了三种不同靶标序列（ITS、18S & 26S rDNA）对真菌多样性的影响。结果发现：①三种靶标序列均能精确地鉴定出相关物种的存在；然而，②检测到了ITS序列的长度差异性，并且这引起了对较短ITS序列物种丰度的高估；③18S和26S的扩增序列相比于ITS表现出更可信的定量化。文章指出，尽管ITS1-2序列已被广泛用于真菌生态研究，但其可能导致对真菌群落的错误评估，今后应尝试开发基于不同靶序列的真菌微生物生态研究方法。
本研究中所采用的引物
模拟群落中三种不同扩增靶标引物得到真菌群落相对丰度分布
不同来源环境样本中三种扩增靶标引物得到的真菌群落相对丰度分布
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http://sci-hub.bz/10.1128/AEM.00905-17
6.23
弃耕农田次生演替中根际活性真菌随时间的演替
参天大葱
根际微生物的活性被认为在陆地生态系统中起重要的作用。传统观点认为，细菌是植物根际分泌物的主要消费群体，真菌只有少数类群如此，如菌根真菌、病原真菌、内生真菌，而对腐生真菌中在植物根际的了解更显皮毛。近日，ISMEJ杂志刊登了“Shifts in rhizosphere fungal community during secondary succession following abandonment from agriculture”一文，文章对农田弃耕后，土壤碳素由短期到长期的流向进行了研究。
先前的研究发现，随着农田弃耕时间的延长，根际腐生真菌的数量也相应增加。为验证此观点，文章作者对荷兰地区不同弃耕年限的农田根际活性真菌的组成进行了研究。土壤样品来自9块田地，根据弃耕年限的长短分为3个阶段（长期、中期、近期）。代谢植物源碳素的活性真菌通过磷脂分析和稳定同位素探针（SIP）技术检测，真菌多样性通过稳定同位素（DNA-SIP）和454测序检测。经研究发现，在近期弃耕的农田中，植物根分泌物中13C主要被细菌吸收利用，而在长期弃耕农田中，大多数13C被发现存在于真菌中。进一步研究发现，随着弃耕时间的增加，活性真菌群落的物种组成由快速生长-病原型向慢速生长-有益型转变，这可能对土壤食物网中的碳素流动、营养循环和植物演替有重要的影响。
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http://sci-hub.cc/10.1038/ismej.2017.90
6.22
植物共生菌（Plant Microbiota）：系统水平的认识和观点
坚果儿
植物在自然界中生长时并非无菌的，相反寄居了大量的微生物群落，称作植物共生菌。人们日益认识到植物共生菌在植物生长中起重要作用，并且可以保护植物免受病原菌的侵染。除了对作物的大量研究，拟南芥作为新兴的有价值的模式系统，可以用来研究塑造叶和根上稳定的细菌群落的驱动因子，也可以作为工具解释宿主和寄居微生物之间复杂的关系。无菌实验系统（Gnotobiotic experimental systems）帮助建立植物与微生物群基因型和表型之间的因果关系，检验关于生物和非生物干扰的假说。2016年，来自瑞士苏黎世理工学院的Daniel B. Muller等在Annual Review of Genetics上发表一篇题为“The Plant Microbiota: Systems-Level Insights and Perspectives”的综述文章。作者综述了近期用比较群落分析和组学分析方法研究植物共生菌的主要发现，并根据群落的建立和有益的特性（如营养获得和植物健康）对这些方法进行了讨论。包括以下几个方面：（1）植物共生菌的结构和系统发育组成；（2）合成生态系统（Synthetic ecosysterms）：植物共生菌的重建；（3）植物共生菌功能上适应环境；（4）植物共生菌的建立和驱动因子；（5）定殖细菌（ Colonizing bacteria）的来源；（6）宿主的遗传学；（7）微生物相互作用；（8）宿主健康相关共生菌的重要性；（9）应用。
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http://annualreviews.org.sci-hub.cc/doi/abs/10.1146/annurev-genet-120215-034952
6.21
风和光照影响下北太平洋副热带环流表层水微生物多样性
参天大葱
大洋水域（公海）季节变化常较为平稳，当前已经有一些研究涉足大洋微生物的时序（time-series）变化。北太平洋副热带环流区（NPSG）正是有这种特点，其表层水具有相对温和的季节波动。ISMEJ杂志刊登了“Wind and sunlight shape microbial diversity in surface waters of the North Pacific Subtropical Gyre”一文，文章为了更好的描述NPSG微生物随季节变化的演替，作者历时两年，在夏威夷附近海域采集表层水体样品，并使用16S扩增子测序和宏基因组测序对水体样品微生物的时序变化进行研究。
作者最初认为，相较于季节变化明显的水域，本研究水体样品微生物可能更多的是受环境因子的影响。然而出乎意料的是，数据显示25m深水体样品微生物多样性与风速显著正相关，而非采样点位置。此外，25m深水体样品中微生物群落结构与光照强度也存在现在正相关关系。这些与光照存在正相关的微生物群落也被发现在其他研究中有强烈的季节性变化。
经过历时两年的观测，作者得出结论，在季节变化较为平缓的水域，偶发性变量，如风速，与水体微生物的α多样性显著相关；季节性变量，如光照，与水体微生物的β多样性显著相关。像前者这种情况可能是NPSG特有的，而后者可能在全球海洋表层水中普遍存在。
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https://www.nature.com/ismej/journal/v10/n6/pdf/ismej2015221a.pdf
6.20
三个地下废水渗透系统在不同曝气和流入C/N比下氮去除速率和氮循环功能基因的丰度变化
李小圆
地下废水渗滤系统(SWIS)作为一种污水处理系统受到越来越多的关注，然而有限的氮素去除仍是传统SWIS面临的主要挑战。近日，沈阳师大的潘晶课题组在Bioresource Technology发表题为"Nitrogen removal and nitrogen functional gene abundances in three subsurface wastewater infiltration systems under different modes of aeration and influent C/N ratios"的文章。文章研究了不同流入C/N比下，未曝气（NA），连续曝气（CA）和间歇曝气（IA）地下废水渗透系统（SWIS）中的基质氧含量，除氮速率和氮功能基因丰度变化。结果表明， ①连续曝气和间歇曝气使得50cm深度的SWIS产生了好氧条件，而80和110cm深度的SWIS没有改变缺氧或厌氧条件，相比未曝气SWIS，曝气增强了氨氮和TN的去除率以及除氮功能基因（amoA，nxrA，narG，napA，nirK，nirS， qnorB和nosZ）丰度。②特别是在高流入C/N比下，如在流入C/N比为12时，间歇曝气SWIS的TN去除率最高（89.6％），高于连续曝气SWIS（87.1％）。 结果表明，间歇曝气是实现SWIS高TN去除的可靠选择，特别是在高流入C/N比下。研究为地下渗滤系统中的氮素去除条件优化提供了理论依据。
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http://sci-hub.bz/10.1016/j.biortech.2017.05.112
6.19
微生物群落类型的多稳定性（multi-stability）及其来源
胖鱼
宿主相关菌群的构成有不同的菌群类型，但是人们对该类型的机制知之甚少。The ISME Journal 杂志上刊登了一篇名为“Multi-stability and the origin of microbial community types”的文章，文章采用了toy模型，说明多稳定性是如何产生群落类型以及其对数据解释的结果。
文章讨论了能引起菌群分型的三种机制：群落类型与对环境变化的响应（continuous response to environmental change）、宏群落中局部群落间的互作与选择（Metacommunity and local selection）及本文作者提出的多态稳定（ multi-stability）。在菌群生态系统中，三种机制可能共同决定群落的动态变化。胖鱼这次推荐的文章可以说是相当抽象了，对于关注宿主相关微生物分型机制的同行可以深入研读原文哦。
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https://www.nature.com/ismej/journal/vaop/ncurrent/pdf/ismej201760a.pdf
6.18
高通量测序法研究不同硫含量的柴油燃料中微生物的群落组成
小超人
在过去几十年中，与燃料和燃料系统恶化有关的问题显着增加。柴油中硫含量的减少是世界性的趋势，旨在尽量减少城市燃油燃烧引起的环境影响。许多国家（日本，欧盟，美国，巴西），柴油的硫含量已经通过环境法规降低到超低水平。然而，硫含量减少对油库/储油罐中好氧微生物生物量的影响尚无可靠资料。去年，Azambuja等在Fuel上发表了题为“Microbial community composition in Brazilian stored diesel fuel of varying sulfur content, using high-throughput sequencing”的文章，目的是使用高通量测序技术评估含有各种硫浓度的纯柴油中的微生物生物量及群落结构。该实验在玻璃烧瓶中模拟含有矿物质的柴油和纯柴油的储存条件，硫含量分别为：UHSD（61800ppm硫）;HSD（6500ppm硫）;LSD（650ppm硫）和ULSD（610ppm硫）。评估了柴油中的两种微生物的污染水平：低污染（~1E3 CFU/L）和中等污染（~1E5 CFU/L）。将烧瓶在30℃下培养40天并每10天监测一次。实验结果显示：①在所有微生物中都观察到微生物生物量的形成，但生物量最高的总是出现在UHSD的中等污染（p <0.05）组中；生物量产量和质子核磁共振结果表明，超低硫柴油（ULSD）不容易发生微生物污染，可能是由于具有高度支链化的碳链。②由16S rDNA和18S rDNA测序分别确定了36和4个不同的门类，其中厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门和子囊菌门是最丰富的；③当存在低硫浓度时，细菌多样性的增加。④揭示了16S rDNA复杂的微生物多样性，确认主要真菌（子囊菌门，担子菌门，壶菌门和聚合菌门）的存在，还有大部分微生物尚未被描述。加强了我们对燃料环境中微生物生长控制方法和燃料污染环境生物修复方案重要性的理解。
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http://sci-hub.bz/10.1016/j.fuel.2016.10.108
6.17
宏基因组测序揭示博滕海（ Bothnian Sea）沉积物氮循环微生物多样性
卢瑟菌
以往对功能微生物类群的研究采取的是对功能基因进行克隆文库测序分析，随着高通量测序的普及，研究策略已经逐步转为所得信息更全面的宏基因组测序。近日，来自荷兰的Rasigraf等人，就采取宏基因组测序的策略，分析了寡营养（oligotrophic）、高盐（brackish）环境——博滕海沉积物中的氮循环微生物群落。作者通过将测序得到的SSU rRNA与SILVA数据库比对来分析原核物种分类；对NCBI蛋白非冗余数据库（nr）中氮循环相关基因的提取，构建了一个氮循环相关基因自建库（manually curated functional gene databases），通过与该数据库比对解析了氮循环相关的功能基因：硝酸盐还原酶（napA; narG）、亚硝酸/硝酸盐氧化还原酶（nxrA）、亚硝酸盐还原酶（nirK; nirS; nrfA）、一氧化氮还原酶（nor）、氧化亚氮还原酶（nosZ）、联氨合酶（hzsA）、氨单加氧酶（amoA）、羟胺氧化还原酶（hao）及固氮酶（nifH）等参与氮循环的关键酶基因。研究发现，完全反硝化（终产物为氮气）相比于厌氧氨氧化和硝酸盐异化还原成铵过程在该沉积物环境中可能发挥着更为重要的作用。相比氨氧化细菌（AOB），奇古菌门的氨氧化古菌（AOA）很可能在该环境中对好氧氨氧化过程起主要作用。该文虽然较简单，但其提供了通过宏基因组手段来解析某种功能类群的具体研究思路，值得借鉴。
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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mbo3.475/epdf
6.16
原生根相关细菌“拯救”连作导致的植物突发性枯萎病
坚果儿
植物根系与土壤中多样的微生物群落之间密切相互作用。测序和微生物培养技术的进步，快速揭示了植物根系微生物组的基因特征，但是根微生物组的生态功能仍缺少实验证据，影响了可持续农业中微生物菌群的应用。2015年，德国马克斯·普朗克化学生态学研究所的Ian T. Baldwin课题组在PNAS上发表了题为“Native root associated bacteria rescue a plant from a sudden-wilt disease that emerged during continuous cropping”的文章。连作导致植物病原菌积累是是农业生产中普遍存在的问题。作者在一块实验田中连续15年种植烟草（Nicotiana attenuata），最近8年由于突发性枯萎病（suddenwilt disease）逐年增多而导致严重减产。实验中植物遭受突然的组织崩坏和黑根，症状与镰刀菌属-链格孢属引起的复合病害（Fusarium–Alternaria disease complex）相似。作者用一个烟草体外病害体系（ in vitro pathosystem）在田间实验中研究不同保护策略（杀真菌剂、本土来源根相关细菌和真菌接种物、生物炭土壤改良剂）对疾病的影响。结果显示，在种子发芽时接种分离自原生境的细菌混合物，可显著降低了烟草的发病率和死亡率。表明植物与土壤微生物的机会性共生关系（opportunistic mutualistic associations）有提高作物恢复力（resilience）的潜力。
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http://www.pnas.org/content/112/36/E5013.full.pdf
6.15
土壤微生物应对降水梯度有何变化？
参天大葱
土壤微生物在陆地生态系统中发挥着重要作用。近年来由于环境压力的增加，气候异常频发，而我们对气候条件对土壤微生物的影响依然认识不足。前段时间，Microbial Ecology杂志刊登了以色列科学家一篇文章“Trends in Taxonomic and Functional Composition of Soil Microbiome Along a Precipitation Gradient in Israel”，文章对土壤微生物种类和功能沿降水梯度的变化进行了研究。
文章作者选取了以色列干旱、半干旱、地中海、湿润地中海气候条件作为区域尺度样带，采集土壤样品并进行高通量测序，用以比较土壤微生物种类和功能分布特征。研究前作者猜想，在每个降水梯度有不同的微生物种类和功能；干旱地区有更低的物种和功能多样性，有更高的应激和孢子形成相关基因相对丰度，有更低的营养循环和降解复杂有机碳源相关基因相对丰度。
基于上述猜想，作者研究发现，在不同的降水区域微生物的种类和功能存在各自独特的分布特征，也就是说，不同的气候特征土壤微生物有不同的种类和功能分布特征。与猜想不同的是，所有样点的微生物在物种多样性水平上较为相似，而在干旱气候条件下，正如猜想，土壤微生物功能有更低的多样性，这说明，功能对极端环境的响应更为敏感。
作者发现，气候条件越为干旱，土壤微生物休眠和孢子萌发相关基因的相对丰度越高，营养代谢（氮、磷、硫等）相关基因相对丰度越低。然而，应对胁迫的基因随干旱程度基因相对丰度降低。这些结果表明，气候条件对土壤微生物种类和功能分布特征的形成具有重要作用。这些发现对了解气候改变对土壤微生物影响具有重要意义。
Table 2 Relative abundance(means ± SD) of bacterial phylaand functional gene categories atsubsystem level 1 (SEEDdatabase) in different soilscollected along the precipitationgradient
Fig. 3 RDA of microbialcommunity composition of aM5NR taxonomic profile atspecies level and b SEEDfunctional profile at subsystemlevel 3 of shotgun metagenomicsequences from samples along theprecipitation gradient. Only meanannual precipitation (MAP) wasfound to be significantlycorrelated with both taxonomicand functional composition of soilmicroorganisms
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http://link.springer.com.ololo.sci-hub.cc/article/10.1007/s00248-017-0931-0
6.14
由不同施肥处理驱动的母质层熟化期（parent material maturation）土壤细菌群落的变化
小丸子
土壤母质层（parent materials）是一种有很大利用价值的耕地土壤资源。土壤细菌在土壤形成过程中扮演着重要角色，同时土壤母质层为微生物群落的发展提供了基本的营养环境。由于在大部分母质层中可利用的营养非常有限，所以施肥管理提供了必需的可利用营养物质，并优化了母质层熟化过程。南京农业大学张瑞福教授研究团队在Soil Biology & Biochemistry上发表了名为Alteration of the soil bacterial community duringparent material maturation driven by different fertilization treatments的文章，对经过了30年由不同施肥处理驱动的人工促熟的三种母质层进行了评估，并通过高通量测序的方法研究了细菌群落组成。结果显示：（1）施肥处理与独立耕种相比增加了土壤肥力和微生物丰度，并优化了土壤母质层熟化过程；（2）在土壤母质层熟化过程中施肥处理增加了土壤中的营养物质、提高了微生物丰度，富集了土壤细菌；（3）土壤细菌群落结构是由母质层和施肥处理共同决定的；（4）和秸秆还田相比，施用化肥驱动的母质层熟化过程降低了土壤细菌多样性，显著改变了土壤细菌群落结构；（5）和施用化肥相比，秸秆还田对土壤细菌多样性的消极影响相对较小，但不能有效解决土壤母质熟化过程中营养缺乏的问题。
http://sci-hub.bz/10.1016/j.soilbio.2016.02.011
6.13
原位活性微生物组捕获技术与方法（综述）
卢瑟菌
环境中的微生物以活性（active）、非活性（inactive）和死亡（dead）三种状态存在，如何检测活性微生物对理解和预测微生物介导的环境进程至关重要。那么有哪些方法可以检测环境中活性微生物的丰度、多样性及群落功能呢？这些方法有何异同，分别能回答什么问题？本月初，维也纳大学的Singer等人在The ISME Journal上发表了题为“Capturing the genetic makeup of the active microbiome in situ”的综述。文章分别从DNA合成、转录、氨基酸（酯类/糖类）生物合成、微生物氧化还原潜力等角度，全面介绍了对应的原位微生物活性检测方法（诸如BrdU labeling、DNA-SIP、RNA-SIP、iRep 、Redox sensor green+FACS、 Metatranscriptomics等等），比较了这些方法的优劣，并介绍了如何将这些方法与目前流行的高通量测序、单细胞测序等技术相结合来捕获原位活性微生物组等。卢瑟菌将该文强烈推荐给关注原位环境微生物活性的同行~
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http://sci-hub.bz/10.1038/ismej.2017.59
6.12
微生物组研究中的方法优化和误区避免（综述）
胖鱼
不管是技术上还是方法上，进行微生物组相关的实验设计时会遇到很多瓶颈。近期，Microbiome杂志上刊登了一篇名为“Optimizing methods and dodging pitfalls in microbiome resear 51 61313 51 31672 0 0 7984 0 0:00:07 0:00:03 0:00:04 7983ch”的文章。该文章为最优的实验设计、避免入坑提出了合理建议。①介绍了动物研究中常见的年龄、膳食、抗生素使用、宠物饲养、纵向不稳定性和共住期间微生物分享等干扰因素；②对不同样品类型的保存方法进行了讨论并提出了合理建议；③讨论了应配合实验样本的阳性和阴性对照来进行实验设计和分析，介绍了可用作阳性对照的大容量分析非生物DNA序列；④总结了通过多重比较的严格控制等方式提高实验稳健性的方法。严谨的实验设计是得出可靠结论、发表高水平文章的基础，胖鱼建议大家精读这篇综述。
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https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-017-0267-5
6.11
富营养化的东湖（中国武汉）中近十年的可重复季节性的浮游细菌群落多样性模式
小超人
揭示哪些环境因素控制群落的多样性模式，以及生态过程如何推动群落变化是了解群落构成的关键问题。然而，我们对湖泊生态系统中浮游细菌群落长期变化的生态机制仍知之甚少。近日，美国俄克拉荷马大学周集中教授的团队在Molecular Ecology上发表了题为“Nearly a decade-long repeatable seasonal diversity patterns of bacterioplankton communities in the eutrophic Lake Donghu (Wuhan,China)”的文章。作者使用MiSeq平台的16S rRNA基因扩增子测序，对富营养化的东湖（中国武汉）的浮游细菌群落进行了时间跨度为近十年的研究。发现：①在常见的（超过50％的样本中检测到）和主导的（相对丰度> 1％）细菌类群更替中存在较强的可重复季节性多样性模式；②群落组成与季节性的温度梯度变化对应，表明温度是控制所观测细菌多样性模式的关键环境因素；③总磷也有助于浮游细菌组成的季节性变化；④然而，季节内主要湖泊区域的浮游细菌群落的任何空间变化格局都被其时间变化所压倒；系统发育分析进一步表明，75％-82％的群落变化是由于季节内一致的环境条件，均匀选择所致（homogeneous selection），表明东湖湖区微生物群落主要受基于生境的进程（niche-based processes）所控制；因此，作者认为季节内可利用的主要生态位可能会被不同湖区相似的细菌类群以适度扩散率占据。
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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/mec.14151/full
6.10
细菌群落年变化模式受密切相关海洋细菌间的季节转换驱动
卢瑟菌
海洋细菌群落组成存在季节性循环，但这种模式的关键驱动因素及与特殊环境条件相关的微生物群落仍未有定论。为回答上述问题，美国Duke University的Ward等人针对一环境条件季节性变化明显的温带沿海位点，进行了为期三年（每周一次）连续采样，通过理化测定（温度、pH、盐度、溶解无机质、chlorophyll a含量等）及16S rRNA基因（V3-V4区）扩增子测序，以检测沿海水体细菌群落动态变化。研究结果以“Annual community patterns are driven by seasonal switching between closely related marine bacteria”为题发表在The ISME Journal。研究发现，① 微生物群落组成随时间的变化是不连续的，在一年的周期内，微生物群落可随着春秋季节微生物群落的迅速转变而形成不同的夏季和冬季群落模式。② 微生物群落的转变涉及冬季或夏季偏好的密切相关物种的转换，通过对细菌类群绝对丰度随时间变化的趋势，作者将细菌类群分为了四类（夏季相关、冬季相关、广泛分布及偶然出现）。③ 温度、光照和盐度是显著影响群落变化的环境因子。④ 本研究与另一温带沿海环境的微生物时序（time series）研究结果一致，表明该模式可能在海洋生态系统中广泛分布。⑤ 基于PICRUSt的群落功能预测结果表明，转运蛋白（transporters）、光合作用相关蛋白（photosynthetic proteins）、肽酶（peptidases）及糖代谢相关通路（carbohydrate metabolic pathways ）表现出显著的季节性变化模式。因此，本研究表明即使是轻微的温度变化，如全球气候变暖，也可能显著影响微生物群落结构和功能。
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http://sci-hub.bz/10.1038/ismej.2017.4
6.09
脂肪酸，而非糖，是植物传递给菌根真菌的主要碳源形式
参天大葱
2017年6月8日，国际顶级学术期刊《科学》在线发表了中科院上海植物生理生态研究所王二涛研究组关于植物-微生物相互作用的最新研究成果。研究论文“Plants transfer lipids to sustain colonization by mutualistic mycorrhizal and parasitic fungi”首次揭示了在丛枝菌根真菌与植物的共生过程中，脂肪酸是植物传递给菌根真菌的主要碳源形式，并发现脂肪酸作为碳源营养在植物-白粉病互作中起重要作用。
长期以来，人们一直以为糖，特别是葡萄糖，是植物供给菌根菌的主要营养物质，这一结论被写入教科书。王二涛团队通过稳定同位素标定实验，首次否定了糖是植物传递给菌根真菌主要碳源形式。同时，研究者采用遗传学，分子生物学及代谢生物学的手段研究发现，植物宿主的脂肪酸合成对于丛枝菌根真菌共生是必须的，并且植物合成的脂肪酸能够直接传递给菌根真菌。进一步的研究发现植物基因合成的一类特殊脂肪酸分子，被植物的转运蛋白转运给菌根真菌。该研究系统揭示了脂肪酸是光合作用碳源的主要传递形式，推翻了传统认识，对于理解生态系统的碳氮循环具有重要的意义。
图一：脂肪酸是植物传递给菌根真菌的碳源
同时研究还发现，在植物-病原真菌相互作用中，病原真菌和寄主植物争夺脂肪酸作为其生长的碳源，进而侵染植物，造成作物的减产。通过降低植物病原真菌相互作用中脂肪酸的转运，能够有效的抑制病原真菌的致病性。该机理的揭示有助于将来选育抗真菌病害作物。
图二：通过阻断植物给菌根真菌提供脂肪酸提高植物抗真菌病害
图三：宿主植物合成和转运脂肪酸用以维持菌根真菌定植
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http://science.sciencemag.org/content/early/2017/06/07/science.aam9970?rss=1
6.08
根际微生物群落组成影响金属超积累Arabidopsis halleri镉和锌的摄取
坚果儿
通过植物提取作用修复重金属污染的土壤依赖于植物的生长和植物与金属的接触（accessibility）。土壤微生物可以通过直接或间接刺激植物的生长或通过（固定）活化和/或络合金属来影响植物对金属的积累。了解金属积累植物（metal-accumulating plants）与其根际微生物之间复杂的相互作用是应用与优化植物修复的重要一步。2015年3月，来自德国的Sebastian Behrens研究团队在Applied and Environmental Microbiology上发表了一篇题为“Rhizosphere Microbial Community Composition Affects Cadmium and Zinc Uptake by the Metal-Hyperaccumulating Plant Arabidopsis halleri”的文章，研究者比较了未受处理和受到强烈干扰（γ射线照射）的土壤微生物群落对 Arabidopsis halleri植物积累镉和锌的影响，并通过16S rRNA基因扩增子焦磷酸测序技术分析根际土微生物群落变化。研究发现，①生长在未处理土壤中的A. halleri比生长在γ射线照射的土壤中的多积累了100％以上的镉和15%以上的锌。② γ射线辐射既不影响植物生长也不影响土壤金属含量，但它强烈改变了土壤微生物群落组成和整体细胞数。③相比γ射线辐射土壤，生长在未处理土壤中的A. halleri根际微生物（Lysobacter, Streptomyces, Agromyces, Nitrospira, Candidatus Chloracidobacterium）的相对丰度更高，其对植物摄取重金属可能具有潜在影响。不过，这一结果还需要进一步的实验证据。研究者还讨论了A. halleri与其根际微生物的不同的相互作用机制（直接或间接影响植物积累金属）。解密A. halleri与单一微生物之间的复杂相互作用将有助于进一步开发重金属污染土壤的植物修复技术。
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http://aem.asm.org/content/81/6/2173.short
6.07
长期有机和无机施肥后细菌群落揭示了土壤养分和与营养转化有关的特殊类群之间的重要关联
小丸子
施肥对土壤微生物群落影响很大，并对土壤生物地球化学循环起着关键作用。施肥对土壤微生物群落养分利用的影响引起了广泛的关注，特定微生物类群长期受到有机和无机肥料的影响，但它们与土壤养分的联系仍不清楚。河南农业大学Fang Li等人在Frontiersin Microbiology上发表了名为“Bacterial Community Structure after Long-term Organic and Inorganic Fertilization Reveals Important Associations between Soil Nutrients and Specific Taxa Involved in Nutrient Transformations”的文章，通过16S扩增子测序技术研究了用无机肥和有机无机肥（粪便和秸秆）处理了24年的潮土中的细菌群落特征，并揭示了土壤养分参数和特定细菌分类群之间的潜在联系。研究结果表明：（1）有机-无机配施增加了土壤有机碳（SOC）和总氮（TN）含量，并改变了细菌群落组成，但无机肥对土壤养分和细菌群落组成影响不大；（2）有机-无机配施增加了特定类群的丰度，例如气单胞菌属（Arenimonas）、芽单胞菌属（Gemmatimonas）和黄单胞菌科（Xanthomonadaceae）的一个未分类的成员；（3）共发生网络分析表明，土壤SOC和TN与芽单胞菌属（Gemmatimonas）等一些类群显著正相关，单胞菌属、黄杆菌属（Flavobacterium）及疣微菌门（Verrucomicrobia）未分类成员被鉴定为关键物种（keystone taxa）；（4）这些特定类群与复杂有机质的分解和土壤碳、氮、磷的转化有关。这些工作加强了我们对长期施肥管理下土壤微生物群落结构和功能的认识，并为选择合理施肥策略提供了一定的理论支撑。
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https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5298992/
6.06
粪肥和矿质肥对抗生素抗性基因水平和微生物群落的影响
小丸子
抗生素抗性基因（ARGs）的增多一直是环境抗生素污染的主要问题，这可能导致多抗性人类病原体的出现，并最终降低抗生素治疗的效率。作为抗生素耐药性的古老进化起源之一，土壤微生物群可作为用于与临床病原体交换的ARG库。浙江农业科学院在Environmental Pollution上发表了名为“Effects of manure and mineral fertilization strategies on soil antibiotic resistance gene levels and microbial community in a paddy-upland rotation system”的文章，通过荧光定量PCR等方法研究了ARGs和土壤微生物群落在水旱（水稻-旱地）轮作系统中对不同施肥处理的响应。施肥共包括五个处理：（1）CK：不施肥；（2）CF：施矿物肥;（3）M1：施低量粪肥加矿物肥；（4）M2：施中量粪肥加矿物肥；（5）M3:施高量粪肥加矿物肥。实验定量了5种四环素抗生素抗性基因（tetA，tetB，tetC，tetG和tetW），2种磺酰胺抗生素抗性基因（sul1和sul2）和1种遗传元件（IntI1）。结果表明：①与不施肥处理相比，施用矿物肥对土壤ARGs丰度仅有略微或没有影响。②施用粪肥加矿物肥可以使土壤抗生素抗性基因增加，且与粪肥用量有关。③主成分分析（PCA）显示，施高量（9000 kg ha-1）粪肥的土壤ARGs剖面与其他处理明显分离，引起这种差别的主要抗生素抗性基因是tetA，tetG，tetW，sul1，sul2和IntI1。④群落水平生理结构（CLPP）分析显示，施中量（4500 kg ha-1）粪肥到施高量粪肥几乎引起了所有检测的ARGs的急剧增加，但对微生物群落变化影响不大。另外，⑤施高量粪肥会使土壤微生物活性下降。对土壤中抗生素和重金属的测定表明，土壤ARG的增加可能与土壤中铜和锌的积累密切相关。
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http://sci-hub.bz/10.1016/j.envpol.2016.01.007
6.05
生长在复垦油砂表面的植物根系菌群
胖鱼
油砂开采对土壤生态环境造成很大影响，低土壤营养水平及低的菌群活性会影响土壤重建。2017年Frontiers in Microbiology杂志上刊登了一篇名为“Bacterial Root Microbiome of Plants Growing in Oil Sands Reclamation Covers”的文章。文章通过16S rRNA基因扩增子高通量测序等方法，研究了在油砂复垦区域生长的大麦（Hordeum vulgare）及草木樨（Melilotus albus）的根系菌群（根际Rhizosphere及根系内生Endosphere）情况。研究发现，①两种植物的根系菌群组成不同，且草木樨根际菌群的丰富度及多样性低于大麦，表明前者对微生物更有选择性；②根系内生菌多样性及丰富度相比于根围处较低；③变形菌门在根系内生菌中占主要部分，而酸杆菌门及芽单胞菌门只存在于在根周围。本研究表明，在复垦生态系统中植物根系内生菌是根际菌群的一个子集，菌群的选择受植物因素驱动。
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https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5432656/pdf/fmicb-08-00849.pdf
6.04
餐厨垃圾的比例对好氧堆肥补料及其微生物群落的影响
小超人
随着餐饮业的快速发展，产生了大量的食物浪费。餐厨垃圾的有机物和水分含量高，更易腐烂，而且餐厨垃圾也可引起恶臭气体排放，病原体繁殖，蚊虫滋生和水污染等。因此，必须仔细处理，以避免对环境造成负面影响。而作为环保技术的堆肥被认为是有效的废物管理方式。最近，中科院陈少华教授的团队在Bioresource Technology上发表了一篇题为“Effects of the feeding ratio of food waste onfed-batch aerobic composting and its microbial community”的文章。该实验为了确定补料好氧堆肥的合适进料量，每天在四个发酵罐中加入0％，5％，10％或15％的食物废物，并通过高通量测序检测了不同进料量对微生物群落的影响。结果显示：①5％和10％的处理能够保持连续的嗜热条件，而15％的处理在堆肥温度方面表现不佳，这可能是由于过量水分对微生物活性的负面影响；②随着堆肥的进行，5％和10％的处理均达到成熟，消耗了约65％的重量；③厚壁菌门，变形菌门、拟杆菌门和放线菌门是群落结构的主要门类；④在嗜温阶段采样的群落具有高相似性和相对较低的多样性，而物种多样性在成熟期逐渐增加。该研究旨在优化分批补料堆肥过程和评估细菌群落，可为实际应用提供参考。
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http://sci-hub.bz/10.1016/j.biortech.2016.11.076
6.03
宏基因组揭示夏威夷Lō’ihi海山铁氧化微生物垫群落多样性
卢瑟菌
Zeta-变形菌纲（Zetaproteobacteria）在海洋环境中广泛分布，但目前该纲仅有少数近缘培养株为代表。在高浓度铁元素环境中，如热液口（hydrothermal vents）附近，Zeta-变形菌纲为优势类群。该纲的生物地理分布已被两个广泛分布的OTUs揭示，但其基因组多样性未知。宏基因组可以基于复合宏基因组装配（composite metagenome assemblies）中的基因组特征实现对微生物基因组的特异性拼接（specific binning）。近日，来自西华盛顿大学的Fullerton等人在The ISME Journal发表了题为“Hidden diversity revealed by genome-resolved metagenomics of iron-oxidizing microbial mats from Lō’ihi Seamount, Hawai’i”的研究论文。①作者通过宏基因组拼接得到93个基因组bins，其中34个为Zeta-变形菌纲。②所得Zeta-变形菌纲基因组中绝大部分含有二核酮糖二磷酸羧化酶（II ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase）基因，且含有活性氮吸收、利用，重金属砷解毒以及适应低氧浓度的末端电子受体。③研究结果支持以往关于Cyc2-like 蛋白为铁氧化位点的假说，在大部分Zeta-变形菌纲基因组中都发现了该类蛋白。④全基因组比较发现了Zeta-变形菌纲内OTU的高基因组多样性，很多是以往通过SSU rRNA基因分析无法鉴定到的。⑤通过对ANI（average nucleotide identity）和AAI（average amino acid identity）结果的聚类分析发现了一个广泛分布（cosmopolitan）且单源的（monophyletic）Zeta-变形菌纲OTU（zOTU 2）。本研究将有助于更好地理解广泛分布Zeta-变形菌纲的基因组适应性、环境限制及其代谢潜能。
表1 宏基因组拼接获得的34个Zeta-变形菌纲基因组信息统计
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http://sci-hub.bz/10.1038/ismej.2017.40
6.02
植物-微生物互作：根际中的窃窃私语
参天大葱
去年，Trends in plant science杂志刊登“The soil-borne supremacy”一文，文章综述了植物基因型与根际微生物的一些关系。
植物通过光合作用固定碳源和能源，并将其分配到植物的营养、生长、发育、免疫等一系列生命活动中。然而，越来越多的研究者发现除上述植物的自身消耗外，植物还拿出相当比例的碳源、能源产生根分泌物。在经济的角度上，这显然是对植物的生长不利的，植物为什么要将自身有限的资源分配到看似“徒劳”的行为上呢？植物的根分泌物一般包括：糖、氨基酸、有机酸、粘液、死亡细胞等。植物根分泌这些物资并不是“徒劳”的！植物根际就像是一个“交易市场”，一方面植物分泌物可以为根际微生物提供碳源和能源，作为回报，微生物会对植物提供重要的“服务”。
植物基因型影响根的代谢、免疫和分泌物组成，从而影响根际微生物的活性和结构。根际微生物是一个复杂的群体，里面含有病原微生物（害）、病原拮抗微生物（益）、诱导系统敏感（ISS）微生物（害）、诱导系统抗性（ISR）微生物（益）、促生微生物（益）、促生拮抗微生物（害）等，微生物的组成将决定其对植物更有益还是更有害。在根际中，存在一个三角关系：植物-微生物，微生物-植物，微生物-微生物。其中，植物对微生物的影响方式主要体现在：根分泌物、植物细胞壁组成、植化素、防御激素、群感扰乱、抗菌物质；微生物对植物影响方式：介导营养吸收、植物免疫、细菌毒素、信号分子、调节植物生长、诱导植物防御；微生物与微生物之间可以通过营养竞争、产生抗生素、群感信号、裂解酶等拮抗、互惠方式互作。
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http://www.sciencedirect.com.sci-hub.cc/science/article/pii/S1360138516000340
6.01
根际细菌群落的营养网络结构决定病原菌入侵
和植物健康状况
坚果儿
宿主相关的细菌群落可以作为动植物对抗病原菌的一道重要防线。经验证据和理论预测表明，物种丰富的细菌群落更能抵御病原菌入侵。然而，潜在的机制尚不清楚。2015年9月，南京农业大学沈其荣课题组在Nature Communication上发表了题为“Trophic network architecture of root-associated bacterial communities determines pathogen invasion and plant health”的文章，研究者通过进行多次重复侵染实验，研究细菌群落的潜在资源竞争网络是如何影响青枯病菌在实验室微观系统和番茄植物根际的侵染抗性。发现，与细菌群落多样性相比，双方资源竞争网络（bipartite resource competition networks）可以更好地预测侵染抗性。具体来说，具有稳定结构（低嵌套性和高关联性，low nestedness and high connectance）的组合以及与病原菌明显重叠的生态位，能降低病原菌入侵的成功率，限制被入侵群落内的病原菌生长并且在温室实验中具有较低的植物感病水平。本研究表明，细菌资源竞争网络特征对于解释细菌根际群落的多样性 - 侵染抗性关系是非常重要的。
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https://www.nature.com/articles/ncomms9413
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