群落结构形成：随机性vs决定性 | 热心肠日报

今天是第1349期日报。

Nature子刊：菌物组构建---随机性v.确定性、干旱胁迫、宿主筛选、统一动态

Nature Communications[IF:11.878]

① 种植高粱后降低了土壤腐生菌的丰度，改变了真菌群落的组成；② 四个区室（叶、根、根际、土壤）对总真菌群落组成的影响最大、其次是采样时间、最后是两个高粱基因型；③ 真菌群落演替在叶、根、根际土三个区室内较快、而在土壤内较慢；④ 发育早期阶段的高粱叶和根上的真菌群落存在普遍的随机性，且随机性的强度与真菌群落大小呈现显著负相关关系；⑤ 不同分室（非根际土壤、根际土壤、根系、叶片）和不同真菌功能类群中都存在统一的群落动态。

Fungal community assembly in drought-stressed sorghum shows stochasticity, selection, and universal ecological dynamics
01-07, doi: 10.1038/s41467-019-13913-9

【主编评语】作者考虑了农田生态系统的复杂性和空间异质性，从高粱叶、根、根际土、土壤多种生境收集样品进行真菌群落比较分析，具有很强的现实意义，数据更具有说服力，且综合考虑了高粱生长发育的阶段性和环境胁迫（干旱）因素，从高粱播种到最终收获，连续采集了17周的样品，发现开花前干旱能够降低病原菌的多度样性，研究结果对生产实践具有指导价值。总的来说，该研究在群落水平系统地揭示了高粱生长发育全周期过程中真菌群落的变化规律，为解析植物与真菌相互作用机制提供了新思路，研究结果为将来高粱的健康种植具有一定的指导意义。此外，该研究也为其他生态系统中微生物群落构建，以及环境胁迫条件下微生物与宿主互作相关研究提供了有益的借鉴。作者的原文解读和郭良栋、杨军两位专家的点评详见延伸阅读。（@刘永鑫-中科院遗传发育所-宏基因组）

PNAS：问微生物群落演替之随机性与确定性过程-谁主沉浮

PNAS[IF:9.58]

① 生态演替和随机性过程与确定性过程之间的平衡是微生物生态学的两大主题，但这些概念领域的发展大多是相互独立的;② 确定性和随机性过程会影响物种在群落中的装配;③ 空间环境异质性导致群落组成的更替大于零期望;④ 我们用显著的偏差(即|β NTI| > 2)来表示确定性过程占主导地位和用小的偏差(即|β NTI| < 2)来表明随机过程占主导地位;⑤ 潜在机制的相对影响是依赖于规模的。

Disentangling mechanisms that mediate the balance between stochastic and deterministic processes in microbial succession
2015-03-02, doi: 10.1073/pnas.1414261112

【主编评语】虽然微生物群落的生态演替已经得到了广泛的研究，但很少有人将这一主题与随机/确定性过程中的平衡正式联系起来，然而只有两项研究直接涉及这些概念领域，而且都集中在次级演替(即，干扰后)，为了充分理解群落演替、干扰和装配过程之间的联系，本文建立了一个整合微生物演替概念域和随机/确定性生态过程平衡的框架。并为了更好地理解所观察到的模式背后的机制，作者开发了一个生态模拟模型，揭示了选择性环境的变化如何导致群落装配过程的变化。（@刘永鑫-中科院遗传发育所-宏基因组）

南土所褚海燕组揭示pH主导土壤中固氮群落的共存与装配

Soil Biology and Biochemistry[IF:5.29]

① 土壤pH、土壤有机质、土壤水分和土壤C/N是土壤固氮微生物群落结构的主导驱动力；② 样本类型间nifH的alpha多样性无显著差异，而紧密结合土壤的固氮菌群落结构显著不同于松散结合土壤和土体土壤；③ 根际固氮菌组成的网络结构较稳定，竞争较弱；④ 所有样本类型中，确定性过程主导固氮菌的群落动态；⑤ 土壤pH调节固氮群落共存和装配过程，中性pH的土壤可能具有更稳定的固氮群落。

Soil pH correlates with the co-occurrence and assemblage process of diazotrophic communities in rhizosphere and bulk soils of wheat fields
2018-03-11, doi: 10.1016/j.soilbio.2018.03.017

【主编评语】根际固氮菌具有广泛的生态分布和适应性，尽管固氮对提高甘蔗和玉米、水稻、小麦等经济作物的产量具有重要意义，但人们对固氮菌在农业土壤中不同根相关区域的组成和共现情况仍不清楚。本文基于提出的两个假设，通过对土体土、松散结合土和紧密结合土的对比分析研究了固氮群落在麦田根际和土体土中的共存与装配过程，以及土壤pH对固氮群落的结构和多样性及装配过程的影响，最终结果表明土壤pH控制着麦田土壤固氮群落的相互作用和装配过程，中性pH的土壤可能具有更稳定的固氮群落，这有助于加深我们对农业土壤生物固氮的认识。（@刘永鑫-中科院遗传发育所-宏基因组）

Nature子刊：到底谁才是限制非共生固氮的幕后主使

Nature Geoscience[IF:14.48]

① 固氮是分子氮转化为植物可利用的铵态氮的过程，影响着植物生长和碳交换；② 在独立生存的固氮菌中存在一个高亲和力的钼摄取系统，这暗示了钼效应的潜力；③ 固氮率受钼的限制，而不受磷的限制；④ 钼的有效性可以限制这些热带土壤中的异养固氮，直接添加低或高水平的钼都能提高固氮酶活性；⑤ 钼可能是目前或将来对至少一些为提供植物生长所需额外氮的固氮菌能力的潜在限制。

Molybdenum limitation of asymbiotic nitrogen fixation in tropical forest soils
2008-12-07, doi: 10.1038/NGEO366

【主编评语】尽管热带森林在全球生物地球化学循环中具有重要作用，但人们对这些系统中控制固氮的因素知之甚少。观察到高度风化的热带土壤缺乏从岩石中获得的营养物质，这使人们想到固氮可能受到大量营养素的限制，特别是磷(P)。由于钼通常作为微量污染物出现在磷肥中，对于固氮率到底是受Mo的限制还是P的限制或是受二者的共同限制这一问题，作者经过精心设计实验，得出结论，固氮率受钼的限制，而不受磷的限制，只是因为钼构成了一种“隐性处理”，足以在施磷肥料区造成磷限制的表象。由于商品肥料被广泛用于实际生产中，以前的研究可能误解了这种明显的P效应。（@刘永鑫-中科院遗传发育所-宏基因组）

Science：点评背靠背Science，视频揭秘植物如何在与病菌的斗争中取胜？

Science[IF:41.037]

① 像动物一样，植物也需要并且已经进化出强大的先天免疫系统；② 植物基因组序列的分析揭示了数百种由假定的抗病性（R）基因编码的核苷酸结合、富含亮氨酸重复（NLR）的蛋白；③ 五聚体氨基末端α-螺旋漏斗外部的氨基酸会改变ZAR1在抗病性和细胞死亡中的功能，但不会寡聚；④ 一些NLR在激活后会重新定位到细胞核，并被认为与转录机制相互作用，以驱动与免疫反应相关的防御反应；⑤ 依赖核苷酸的NLR寡聚通常会参与信号的启动。

A pentangular plant inflammasome
2019-04-05, doi: 10.1126/science.aax0174

【主编评语】植物具有复杂、精细调控的免疫系统，用于识别病原微生物、激活防卫反应，从而保护自己免受侵害。植物细胞内数目众多的抗病蛋白，是监控病虫侵害的哨兵，也是动员植物防卫系统的指挥官。抗病蛋白被发现至今已有二十多年，但人们仍然不清楚它们的工作原理。清华大学柴继杰团队、中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民团队和清华大学王宏伟团队最近的联合研究，在植物免疫研究领域取得重大突破。合作团队发现由抗病蛋白组成的抗病小体并解析其电镜结构，从而揭示了抗病蛋白管控和激活的核心分子机制，为更好利用抗病蛋白提供了新的可能。相关成果以两篇长文(Research Article)形式，于4月5日发表在国际学术期刊《科学》（Science，Wang et al., 2019a, b)。Science杂志同期发表了国际植物抗病研究权威科学家Jeffery Dangl和Jonathan Jones撰写的题为High five: a pentangular plant inflammasome 的专文评述，高度评价这一成果。（@刘永鑫-中科院遗传发育所-宏基因组）

病原体之外-微生物组与植物免疫系统的相互作用

Current Opinion in Microbiology[IF:6.916]

① 植物免疫受体可以接收微生物分子信号并触发一系列有效的生化反应，抵御大多数入侵者；② 目前，人们对在复杂微生物背景下生存的植物，及其免疫的了解还很少；③ 近期研究表明，与致病菌类似，共生植物微生物组也可以抑制或逃避宿主免疫；④ 植物免疫系统对微生物组的组装具有积极作用，并通过响应环境变化控制微生物组稳态；⑤ 植物免疫系统塑造了微生物组，并且微生物组可增加植物免疫能力，并充当抵抗致病菌的一层附加防线。

Beyond pathogens: microbiota interactions with the plant immune system
2019-09-26, doi: 10.1016/j.mib.2019.08.003

【主编评语】很多微生物和植物之间的互作关系是非致病的，但微生物中一些表达的分子可能被植物免疫系统识别。因此植物微生物组研究的一个主要问题就是植物是否能识别，或怎样区分共生微生物和病原体。病原微生物规避植物免疫的策略是否适用于微生物组？微生物组可以促进植物免疫吗？环境的变化如何影响植物免疫和微生物组之间的相互关系？这些是新兴领域中的一些关键问题，近期已得到越来越多的关注。本文中，作者回顾了与植物免疫系统和微生物之间的相互作用相关的最新研究和新颖概念，主要侧重于拟南芥及其相关物种作为研究模型的实用性。（@刘永鑫-中科院遗传发育所-宏基因组）

宏病毒组技术在猪腹泻的新型肠道冠状病毒鉴定中的应用

Emerging Infectious Diseases[IF:7.185]

① 发现和鉴定新病毒以及确定新病毒与疾病的关系是预防、诊断和治疗新发病毒性传染病的首要任务；② 高通量测序技术突破了传统技术方法的局限，可以直接以标本中所有的遗传物质为研究对象，从而能够快速地鉴定出标本中存在的病毒；③ 冠状病毒的高变异特性目前已经成为仔猪腹泻防控的难点；④ 采用鸟枪法的宏转录组测序及基因组组装流程来鉴定病原；⑤ 经一系列的降噪筛选比对手段我们将该病毒命名为猪肠道Alpha冠状病毒（PEAV）。

A New Bat-HKU2–like Coronavirus in Swine, China, 2017
2017-08-17, doi: 10.3201/eid2309.170915

【主编评语】传统意义上有很多用于发现新病毒的方法，如病毒分离、核酸检验、血清学试验等，但它们都有一定的局限性。但利用高通量测序发现新病毒具有信息量大、对标本所含信息无偏倚、操作较简单、检测成本较低等独特优点，使得该技术已成为目前病毒发现中最为重要的技术之一，其在病毒诊断、溯源、预警等方面具有实用意义。作者在此借助鉴定导致仔猪腹泻的新型肠道冠状病毒进行了简单的介绍。（@刘永鑫-中科院遗传发育所-宏基因组）

Nature子刊：微生物培养的福音——直接用16S rDNA序列来预测其培养基配方的网站

Nature Communications[IF:11.878]

① 一个多世纪以来，微生物学家们一直致力于开发适合微生物生长的实验室培养基；② KOMODO网站结合了NCBI的微生物分类和微生物培养基数据库(DSMZ)等；③ KOMODO网站可以根据细菌或古菌16S rDNA的序列来预测培养该菌的培养基配方；④ 尽管大多数菌株特有的培养基说明与普通盐有关，但在给定属的菌株定义的生长条件中，稀有金属离子和维生素及辅因子是最大的差异原因；⑤ 在细菌共培养中提供的生长因子可以促进原本无法培养的生物的生长。

Harnessing the landscape of microbial culture media to predict new organism–media pairings
2015-10-13, doi: 10.1038/ncomms9493

【主编评语】目前环境中的微生物绝大多数（90%~99%）是不可培养的，因我们对不同微生物培养条件(尤其是培养基配方)的不了解，阻碍了微生物的分离培养。随着高通量测序技术的发展，目前有大量文章是在做基于16S rDNA的微生物非培养方式研究群落多样性，但拿不到菌种使得目标微生物的应用和机理研究成为空中楼阁。有了本文中的KOMODO(Known Media Database)网站就可以有依据的预测目标微生物的培养基配方了。因此可将基于16S rDNA的微生物多样性数据与目标菌株的分离培养有机衔接起来，大大加速从生态研究到微生物资源挖掘的进程。（@刘永鑫-中科院遗传发育所-宏基因组）

感谢本期日报的创作者：刘永鑫-中科院遗传发育所-宏基因组

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