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喜讯|a级黄色片科学顾问束文圣教授团队文章再登ISME!!!

2019-08-03

重磅喜讯

a级黄色片科学顾问束文圣教授团队的佳作

荣登 The ISME Journal

下面通过新鲜出炉的文章精华解读

来膜拜大牛们的研究成果


该项研究由华南师范大学与北京师范大学合作完成。华南师范大学作为论文第一单位,生科院生态研究所束文圣教授团队的博士后赵鑫峰为论文第一作者,青年英才研究员郝祎祺为通讯作者。


局域种间相互作用驱动土壤细菌群落物种特异的分化

Local biotic interactions drive species-specific divergece in soil bacterial communities

作者:Xinfeng Zhao, Yiqi Hao, Dayoung Zhang, Quanguo Zhang; 

期刊:ISME

IF:9.493

时间:2019-7-05

一、背景研究

    土壤细菌群落有着极高的多样性,理解决定土壤细菌群落物种组成差异(即β多样性)的机制是微生物生态学家致力于回答的重要科学问题。环境异质性和扩散作为决定土壤细菌群落的关键因素,在以往的研究中受到了广泛的关注。然而,目前对局域种间相互作用影响土壤细菌群落结构的相对重要性知之甚少。该项研究采用在内蒙古半干旱草原开展原位微宇宙实验的研究手段,随机选择六个细菌物种并人为增加其丰度,在实验群落原位恢复一年后进行16S  rRNA基因扩增子测序检测。研究发现不同物种丰度增加的这一干扰事件导致了物种特异的群落分化,还发现增加某一物种的丰度更有可能使得与其系统发育关系相近的物种多度下降,暗示种间竞争是影响土壤细菌群落结构的重要生态学过程。此外,被操纵细菌物种的多度并未恢复到原有水平,预示着土壤细菌群落中缺乏有效的种群调节机制,因而,预期实验细菌群落之间的分化将持续存在。


二、实验设计



三、主要实验结果

1. 6种细菌的人工培养实验

    对蒙古土壤培养的355个克隆的16S rRNA进行一代测序确认物种情况后,从中挑选了6个不同属的细菌,分别是:Chryseobacterium(物种A)、Acinetobacter(物种B)、Arthrobacter(物种C)、Microbacterium(物种D)、Pseudomonas(物种E)和Bacillus(物种F)。6种细菌在土壤中的丰度不一,经过培养提高丰度后分别添加到组成一支的群落中并在同样的蒙古地点中埋入一年后取样进行16S测序,结果显示其中5种细菌被检测(分别是物种A、B、C、E和F),而物种D没被检测的原因推测为在土壤细菌群落中丰度过低。

    作者通过分析装置埋入前的测序数据发现其中4种细菌(分别是物种A、B、C和E)在处理组种的相对丰度明显高于对照组(图1),但物种F在实验组和对照组间的差异不显著。而装置埋入一年后的分析结果显示物种A、B和C的相对丰度明显下降,物种E却呈现相反的趋势。


图1. 6种的细菌分别埋入土壤前后的相对丰度变化

2. 土壤细菌群落的物种特异性分化

    PCA图结果揭示各处理组在装置埋入前后的差异明显小于不通处理组之间的差异(图2.左),综合统计得出物种丰度变化是促使图案让细菌群落变化的首要原因,解释度为36.2%,这现象被称为“物种特异性差异”,并且由于人工增加的细菌对群落组成的差异情况在埋入一年后更为明显。另外,成对差异分析发现其中4个处理组在埋入后的指数明显下降,尤其是添加了物种B、D、E和F的处理组,与PCA图结果相互印证(图2.右)。


图2.左:PCA图;右:成对检验箱型图

3.群落变化模式存在差异

    作者在绘制添加物种A的处理组在埋入前后基于OTU水平圈图(图3.左)时考虑到稀有物种的相对丰度随机性较大,因此仅选取188个常见物种和6个物种的OTU序列作为分析对象,通过比对两个圈图中的圈4能发现丰度的差异的物种非常多,但是经过统计检验后被判断为显著差异的OTU较少,不足15个物种(p<0.000264)。在群落水平角度分析发现,增加单一物种会导致群落的alpha多样性明显下降(图3.右),然而在alpha多样性下降趋势的条件下,每个处理组的群落变化模式却有区别。左右使用WPD指数来说明物种丰度变化的趋势,与对照组相比相对丰度增加的A、B、E和F具有更高的WPD指数,而导致它们近源的物种的相对丰度下降并且其WPD指数下降。而相对丰度上升却具有较低的WPD指数的物种C影响其远缘物种的相对丰度下降(图3)。


图3.左图:物种A处理组埋入前后圈图,圈1:OTU门水平注释,圈2:处理前OTU相对丰度,圈3:显著差异OTU(红色标注),圈4:处理前后OTU变化情况;右图:α多样性箱型图。

四 结论:

    该研究利用严格的操纵实验,揭示了均质环境条件下局域种间相互作用决定土壤细菌群落组成的重要机制。研究发现的局域种间相互作用导致均质环境中群落特异性分化的过程有可能是土壤细菌群落组成差异的重要来源,而在以往基于方差分解的生物地理学研究中则被简单的归为随机性过程。该研究是对主流的生物地理学观测研究的重要补充,也为研究土壤细菌群落形成机制提供了新思路。


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