SBB|氮富集改变了真菌群落中与氮和碳获取相关的功能基因

点击上方“生态学者”一键关注

  Introduction  

氮(N)和碳(C)是真菌的重要养分。真菌可以通过释放胞外酶到环境中分解复杂的有机分子(如纤维素)来获得C。它们还可以通过将转运酶整合到细胞膜中，吸收含氮化合物，如氨基酸和铵，来获得氮。真菌中已经发现了许多控制这些功能的基因。因此，我们可以通过检测真菌在环境中生长的特定功能基因的分布来评估真菌群落影响氮和碳循环的潜力。通过详细研究真菌控制的相关过程，我们可以增进对氮富集和碳循环之间联系的理解。 

由于N是真菌的宏量营养元素，它的富集可以改变真菌在N和C获取上的投资。细胞外酶和转运蛋白是蛋白质，它们需要N和C来构建。如果真菌分配N和C来构建获取N的酶，那么这些资源就不能用于生产获取C的酶。因此，这种分配限制造成了获取N和C的能力之间的权衡。因此，我们假设，如果真菌优先将资源投入到针对生长限制养分的酶中，那么N富集将选择获取C基因，而不是获取N基因。如果存在这样的权衡，那么我们可以在预测真菌对氮富集下C动态的贡献时考虑到这一点。

真菌获得N和C的能力之间的权衡可能通过几种生态途径表现出来。首先，添加氮可以直接增加真菌的生长，使其具有更大的获取氮的能力，从而使它们在竞争中胜过那些投资于更大的获取氮能力的个体。第二，从长期来看，氮富集可以选择更倾向于C获取而非N获取的真菌种类。通过这种方式，氮的添加可以通过物种组成的变化间接影响真菌群落。第三，氮素富集可通过改变植物凋落物化学成分间接改变真菌群落。

  Methods  

氮富集实验点位于美国加利福尼亚州的草地，氮添加速率为60kg N ha⁻¹。首先，作者收集植物凋落物作为分解底物。其次，组装了“微生物笼子” (microbial cages)，在里面分解植物凋落物。第三，从对照和氮施肥地块收集微生物接种物，添加到微生物笼子中。通过分解对照(“对照凋落物”)和施氮植物凋落物(“N凋落物”)来分离这些凋落物化学变化的影响。此外还检测了凋落物中真菌功能基因的组成。测定的氮靶向基因包括那些促进从环境中吸收氮的基因:氨基酸渗透酶基因(如AAP1和GAP1)和铵转运蛋白基因(AMT2等)。

  Results  

Microbe origin：施氮样地的微生物群落中氨基酸渗透酶基因和铵转运酶基因的频率显著低于对照地块。担子菌中提取的纤维素靶向AA9基因的频率增加。另一方面，施氮使微生物中子囊菌以纤维素为靶标的AA9基因频率略微显著降低。

Plot environment：施氮增加了氮素获取基因的频率。氨基酸渗透酶基因频率和铵转运酶基因频率,施氮地块与对照地块相比，各因子均显著增加。

Litter origin：氮施肥处理的凋落物中铵转运蛋白基因和氨基酸渗透酶基因的频率分别较对照显著增加和略微显著增加。其他基因均未随凋落物来源发生显著变化。

土壤微生物来源、土壤环境或凋落物来源之间的交互作用不明显。土壤环境与凋落物来源之间、土壤环境与土壤微生物来源之间的交互作用对铵态转运蛋白基因频率的影响显著。

综上所述，具有更多氮素获取基因的真菌的短期生长可能直接受到地块环境中氮素富集的促进，而间接受到氮素施肥植物凋落物中较高的氮浓度的促进。样地环境和凋落物来源效应可能抵消了微生物来源效应，导致氮素获取的遗传能力总体上没有显著变化。我们的研究结果表明，即使真菌群落根据分配限制对氮的富集做出反应，氮或碳的动态也不一定会发生相应的变化。

长按二维码关注，了解更多。点击“阅读原文”可获得论文链接，需要文中涉及原文可私信~

如有翻译不当之处，烦请指出，共同学习，谢谢