mSystem：西农韦革宏组细菌-真菌互作影响微生物多样性-土壤养分循环关系

关

注

我

们

西北农林科技大学生命科学学院韦革宏教授团队于2021年3月1日在mSystems期刊发表题目为Linking Bacterial-Fungal Relationships to Microbial Diversity and Soil Nutrient Cycling的论文。

论文链接：https://msystems.asm.org/content/6/2/e01052-20#DC1

摘要

土壤生物多样性和生态系统功能之间的关系是微生物生态学中重要但知之甚少的领域。作者调查了中国西北部河西走廊地区的五种生态系统（农田、森林、湿地、草原和荒漠）土壤，利用细菌和真菌多样性的组合（代表土壤微生物多样性）和多养分循环指数（multinutrient cycling index，MNC）（代表生态系统功能）评估了影响生物多样性-功能关系强度的因素。作者发现，中性过程和细菌-真菌负相关比例的变化与多样性-多养分循环指数间联系的强度和方向有关。在不同的栖息地类型中，细菌-真菌间的负相关关系较中性过程有着与alpha多样性-多养分循环指数更强的负相关关系，表明细菌-真菌间正负相关关系的平衡驱动了复杂陆地生态系统中土壤生物多样性和生态系统功能间的关系。这项工作研究了影响多样性与生态功能关系的潜在因素，为地下部分的生物多样性预测生态系统功能提供了证据。

引言

微生物的活动及其相互作用极大地影响了与土壤生产力和养分循环有关的各种生态系统过程，以及许多其他生态系统特性和服务。通过研究群落的构建过程，理解生物多样性的产生及其对生态系统功能的贡献，有助于更好地向人类提供关键的生态系统服务。功能冗余、互补性或物种竞争决定了生物多样性-生态系统功能关系（BEF）的强度。土壤细菌和真菌在竞争与合作中共存，这种动态关系的平衡如何影响群落的装配和生态系统功能尚不清楚。作者调查了沿中国西部河西走廊生态交错带分布的五种陆地生态系统土壤（横断面间隔为1257.6 km），采集了包括农田（玉米）、森林、湿地、草地和荒漠配对存在的126个样点的251个土壤样品，通过高通量测序对土壤细菌和真菌群落进行了分析，并测定基本土壤理化因子。

主要结果

1.不同生境微生物多样性-多养分循环指数关系及群落装配过程

图1：不同生境微生物多样性-多养分循环指数关系及群落装配过程。

Pearson相关性分析表明，只有在农田和森林土壤中，微生物多样性-多养分循环指数才表现出显著的正相关。另外，微生物群落组成（β 多样性）与农田、森林和湿地中的多养分循环指数（MNC）显著相关（图1A）。Sloan中性模型拟合结果表明，中性过程对农田土壤微生物的群落变异有最大的解释度（R2 = 0.

752 > 0.7，图1B）。

2 .群落装配过程对多样性-多养分循环指数关系的影响

图2：微生物多样性-多养分循环指数间的联系强度与群落内在因素之间的关系。

Pearson和Spearman相关性分析证明，中性模型的拟合度（R2）与微生物多样性-多养分循环指数间的联系紧密相关（图2A），即栖息地的多样性-多养分循环关系的强度更受中性过程比例大小的控制。有趣的是，细菌和真菌间的负相关比例与微生物多样性-多养分循环指数间的联系表现出更强的相关性（图2B）。

3 .微生物多样性-多养分循环关系的主要驱动因素

图3：微生物多样性-多养分循环关系的主要驱动因素。

随机森林模型确定了细菌-真菌间的负相关关系（Neg）、中性群落装配过程（Neu）、土壤水分含量（Moisture）和土壤pH是影响微生物多样性-多养分循环关系的重要因素（图3A和3B）。结构方程模型展示了上述不同因素对微生物多样性-多养分循环关系的影响大小，发现细菌-真菌间的负相关关系与生物多样性-多养分循环关系之间存在最强的直接负相关（图3C和3D）。此外，中性群落装配过程与细菌-真菌间的负相关关系之间均呈负相关。

猜你喜欢

10000+：菌群分析宝宝与猫狗梅毒狂想曲提DNA发Nature Cell专刊肠道指挥大脑

系列教程：微生物组入门 Biostar 微生物组宏基因组

专业技能：学术图表高分文章生信宝典不可或缺的人

一文读懂：宏基因组寄生虫益处进化树

必备技能：提问搜索 Endnote

文献阅读热心肠 SemanticScholar Geenmedical

扩增子分析：图表解读分析流程统计绘图

16S功能预测 PICRUSt FAPROTAX Bugbase Tax4Fun

在线工具：16S预测培养基生信绘图

科研经验：云笔记云协作公众号

编程模板: Shell R Perl

生物科普: 肠道细菌人体上的生命生命大跃进细胞暗战人体奥秘

写在后面

为鼓励读者交流、快速解决科研困难，我们建立了“宏基因组”专业讨论群，目前己有国内外5000+ 一线科研人员加入。参与讨论，获得专业解答，欢迎分享此文至朋友圈，并扫码加主编好友带你入群，务必备注“姓名-单位-研究方向-职称/年级”。PI请明示身份，另有海内外微生物相关PI群供大佬合作交流。技术问题寻求帮助，首先阅读《如何优雅的提问》学习解决问题思路，仍未解决群内讨论，问题不私聊，帮助同行。

学习16S扩增子、宏基因组科研思路和分析实战，关注“宏基因组”

点击阅读原文