微生物入侵：过程、模式与机制
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题目：Microbial Invasions: The Process, Patterns, and Mechanisms
微生物入侵：过程、模式与机制
期刊：Trends in Microbiology
三年均IF：12.432
通讯作者：Cyrus Alexander Mallon
摘要
最近有大量文献研究了微生物对各种环境的入侵，包括生物多样性作为决定入侵者命运的主要因素，然而很少交叉比较共同的结果。由于许多研究只提供了整个入侵过程的剪影，因此需要研究整个过程，我们发现它包括引入、建立、传播和影响四个阶段。本文进一步研究了与入侵抗性相关的模式和机制，并创建了一个由物种丰富度、物种均匀度和本地群落资源可用性控制合成机制。最后探讨了在不同领域使用理论入侵框架的优势。
1. 微生物入侵在自然界中普遍存在，（1）引入，（2）建立，（3）生长和传播，（4）影响的过程。这一过程对于确定地球上微生物的多样性和分布至关重要。
2.抗入侵是微生物群落多样性的产物。与多样性低的群落相比，多样性高的群落能够更好地利用现有资源。这限制了入侵种群的生存，并最终导致其灭绝。
3.即使是多样性高的群落，资源的增加也可以暂时解除多样性和入侵之间的关系。
4.控制微生物入侵的生态学原理可用于推进实际应用，如生物控制、生物肥料和益生菌的使用。
主要机制图片
图1：成功的入侵包括四个过程。主体是入侵者和本地群落。绿色圆点的微生物代表了一种入侵者，这种入侵者被引入到一个带有不同颜色的微生物分类群的群落中。在入侵过程的每个阶段，同一个群落都有自己的代表。每个阶段都是具有特定“障碍值”的关键步骤，这意味着在成功入侵的道路上可能有大的(不可克服的)或小的(可克服的)障碍。从入侵者的角度来看，列出的几个因素可能有助于绕过抵抗入侵的障碍。如果一个入侵者能够承受新环境的非生物压力，那么它就被认为是被引进的。(二)生物抗性将使入侵者保持在建立阶段，因为它保持了一个可生存的种群。(三)如果入侵者获得了支持其增长的资源，它将进入增长和扩散阶段。(四)入侵者的增长和扩散可能对本地群落造成影响。
图2:多样性和资源可用性在决定入侵抗性中的相互作用。上部的浅灰色区域显示了物种丰富度和均匀度不断增加的群落(直到C)和相似的细胞丰度。底部深灰色区域表示群落可用的资源总量(黑色)和实际消耗的资源量(白色)。多样性较低的群落不会消耗特定环境中的所有可用资源。到达该地区的任何外来生物都可以利用未消耗的资源，增加成功入侵的机会。随着多样性的增加，可用资源的数量减少。随之而来的资源可利用性的降低从而增加了分类群之间的竞争，降低了成功入侵的可能性。随着多样性的进一步增加，当资源枯竭达到最大限度时，群落就接近达到环境的承载能力；由于缺乏可持续发展的资源，成功的入侵是不太可能发生的。然而，即使在高度多样化的环境中，增加可用资源量的资源脉冲也可以暂时促进成功入侵。
文中术语。
Biofilm生物膜：附着在界面的微生物群落，生物膜形成机制包括附着、定植、成熟、扩散。
Community niche群落生态位：评估生态群落的资源使用和功能的指标，它是基于个体在一系列不同资源上的最佳表现的总和。
Competition-colonization trade off竞争-定植权衡：即物种共存是由一些个体成为更好的竞争者而另一些个体成为更好的定植者的能力来调节的。
Diversity–invasion effect多样性入侵效应：微生物群落多样性(通常以物种丰富度或均匀度来衡量)与入侵微生物生存之间的共同关系，其中多样性较高的群落比多样性较低的群落更能抵御入侵。
Ecotype生态型：一个物种中遗传上不同的形式，可能适应某种环境条件。
Functional dissimilarity功能相异性：群落中物种执行某些功能的不同能力，如使用不同资源的能力。
Keystone species关键类群：在维持生态系统或生态群落的平衡中起着不成比例的重要作用的物种。
Microbial invader微生物入侵者：任何被转移到一个新的环境或群落的微生物，在那里它以前从未存在过。即使入侵不成功，它仍然被认为是入侵者。
Microbial invasion微生物入侵：由(I)引入，(ii)建立，(iii)生长和扩散，以及(iv)微生物入侵者的影响组成的四步过程。当一次成功的入侵通过所有四个步骤时，术语“Microbial invasion”可能意味着任何一个阶段。
Microbiostasis微生物活滞：微生物可以在特定环境中存活而不能繁殖。
Quorum sensing群体感应：通过化学信号调节基因表达对细胞密度的反应。
Remaining niche available to the invader入侵者可利用的剩余生态位：未被本地群落利用，因此可供入侵者使用的资源。
Secretome分泌蛋白质组：细胞分泌的一系列蛋白质。
Species evenness物种均匀度：群落中物种的丰度分布。
Species richness物种丰富度：群落中系统发育不同的生物的数量。在处理微生物时，尽管我们经常使用术语“物种”或“分类”丰富度，但这些都是基于系统发育标记基因相似性的操作性定义。
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