环境周报 | 微生物重要期刊最新研究进展（20210621）

Nature子刊

科研| Nature Microbiology：对降解海洋沉积物中胞外DNA的不同细菌分类群的基因组学见解

本文由独世编译

   维也纳大学微生物学和环境系统科学中心Kenneth Wasmund等人于2021年6月14日在Nature Microbiology发表题为《Genomic insights into diverse bacterial taxa that degrade extracellular DNA in marine sediments》的文章，本研究中确定了降解和分解海洋沉积物中胞外DNA的微生物参与者。通过一种功能微生物组方法，包括添加¹³C标记DNA或单个未标记DNA亚组分的海洋沉积物微宇宙实验、DNA稳定同位素探测（stable isotope probing, SIP）、使用纳米二次离子质谱技术（nano-scale secondary isotope mass spectrometry, NanoSIMS）的单细胞SIP，宏基因组学和比较基因组学来识别和研究DNA降解微生物的生态生理学。综合结果证明了不同种类的细菌能够降解DNA，从而突出了这些微生物在全球海底的潜在的生态位占据和原位功能。

摘要：胞外DNA是全球元素循环中的主要大分子，也是海底微生物特别重要的磷、氮和碳源。然而，海洋沉积物中DNA觅食微生物的特性、生态生理学和遗传特征在很大程度上是未知的。在本研究中，我们结合微宇宙实验、DNA稳定同位素探测（stable isotope probing, SIP）、使用纳米二次离子质谱技术（nano-scale secondary isotope mass spectrometry, NanoSIMS）的单细胞SIP和以基因组为中心的宏基因组学来研究海洋沉积物中DNA及其亚成分的微生物分解代谢。在沉积物微宇宙实验中添加¹³C-DNA在10天内大量降解并矿化为¹³CO₂。对DNA的SIP探测揭示了不同的“Candidatus Izemoplasma”、Lutibacter、Shewanella和Fusibacteraceae包含了¹³C-DNA。NanoSIMS证实了¹³C掺入了微宇宙实验中Fusibacteraceae的单个细胞中。¹³C标记的分类群的基因组都编码了用于DNA或DNA亚组分分解代谢的酶谱。比较基因组学表明，不同的“Candidatus Izemoplasmatales”（之前的Tenericutes）是例外的，因为它们编码多种（最多5 个）预测的胞外核酸酶，并且可能是专门的DNA降解剂。对其他沉积物宏基因组的分析表明，胞外核酸酶基因在不同位点的Bacteroidota中普遍存在。总之，我们的结果揭示了微生物的特性和功能特性，这些微生物可能有助于降解和回收海底DNA的关键生态系统功能。

原名：Genomic insights into diverse bacterial taxa that degrade extracellular DNA in marine sediments

译名：对降解海洋沉积物中胞外DNA的不同细菌分类群的基因组学见解

期刊：Nature Microbiology

IF：15.54

发表时间：2021.6.14

通讯作者：Kenneth Wasmund

通讯作者单位：维也纳大学微生物学和环境系统科学中心

DOI号：10.1038/s41564-021-00917-9

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41564-021-00917-9

以分类单元为中心的DNA分解代谢和运输相关的关键酶及其他功能蛋白的示意图

The ISME Journal

科研| The ISME Journal：植物病原真菌调节植物和昆虫的反应，以促进其传播

本文由R.A Uyghurii编译 

   巴西圣保罗大学 Luiz de Queiroz 农业学院遗传学系Marcio C. Silva-Filho等人于2021年6月14日在The ISME Journal发表题为《Fungal phytopathogen modulates plant and insect responses to promote its dissemination》的文章。植物-昆虫-真菌相互作用涉及影响昆虫行为或病原体感染的植物防御反应。植物代谢物和昆虫行为的变化可以用“寄主操纵假说”来解释，即病原体可以操纵昆虫载体和/或最终寄主反应，以保证感染和传播。作为吸引和传播载体的策略，植物病原菌可以改变植物表型、营养状况和挥发性有机化合物（VOCs）的排放。与媒介传播病原体不同，机会性病原体可能与昆虫没有密切联系。在甘蔗上，植物病原真菌（Fusarium verticillioides）的侵染通常伴随着Diatraea saccharalis幼虫的发生过程。本研究中，作者特别讨论了真菌是否以增加真菌被污染昆虫传播的可能性的方式改变昆虫的行为。此外，还评估了这种相互作用是对两种生物都有利还是只对真菌有利。本研究的结果显示D. saccharalis蛾被真菌F. verticillioides产生的挥发性物质所吸引。未携带真菌的雌性更喜欢在真菌感染的植物上产卵，而携带真菌的雌性更喜欢在模拟植物上产卵。此外，作者还发现D. saccharalis垂直传播真菌。作者的研究表明F. verticillioides不仅是一种机会性真菌，而且是一种与食草动物关系更为密切的真菌，通过操纵植物和昆虫来增加其自身传播潜力。

摘要：媒介传播的植物病原菌经常改变寄主性状，以操纵媒介行为，有利于其传播。相比之下，机会性真菌的感染并不依赖于载体，尽管食草动物造成的损害可能会促进感染。宿主和载体的操纵，如昆虫类食草动物，还没有被证明与真菌病原体的相互作用。本研究建立了甘蔗植物-昆虫-真菌联合研究的新范式。长期以来，人们一直认为垂直镰刀菌（Fusarium verticillioides）是一种机会性真菌，该真菌通过针对甜菜夜蛾（Diatraea saccharalis）毛虫攻击留下的开口感染植物。在这项研究工作中，我们展示了F. verticillioides产生的挥发性物质吸引D. saccharalis 蛾。一旦幼蛾成虫后，真菌就会垂直传播给它们的后代，然后通过将真菌接种到健康的植物中继续这个循环。与模拟植物相比，未携带真菌的雌性更喜欢在真菌感染的植物上产卵，而携带真菌的雌性更喜欢在模拟植物上产卵。即使真菌影响了D. saccharalis的性行为、幼虫体重和繁殖率，但仍有多数个体完成发育。我们的研究数据表明，真菌在整个生命周期中操纵寄主植物和食草昆虫，以促进真菌感染和传播。

原名：Fungal phytopathogen modulates plant and insect responses to promote its dissemination

译名：植物病原真菌调节植物和昆虫的反应，以促进其传播

期刊：The ISME Journal

IF：9.180

发表时间：2021.6.14

通讯作者：Marcio C. Silva-Filho

通讯作者单位：巴西圣保罗大学 Luiz de Queiroz 农业学院遗传学系

DOI号：10.1038/s41396-021-01010-z

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41396-021-01010-z

Water Research

科研| Water Research：微塑料颗粒对处理废水中耐药性和致病性细菌传播的贡献

本文由清韵编译

  意大利CNR水研究所Andrea Di Cesare等人于2021年6月16日在Water Research发表题为《Contribution of microplastic particles to the spread of resistances and pathogenic bacteria in treated wastewaters》的文章。环境中的微塑料颗粒（MPs）会产生特定的细菌群落可居住表面，被定义为塑料微环境（Plastisphere），其中的细菌群落可能与周围环境中的细菌群落不同。微塑料颗粒可能携带致病菌，抗生素抗性细菌、抗生素抗性基因和金属抗性基因等。另外，污水处理厂被视为MPs、抗生素抗性和致病细菌污染的来源。在污水处理厂消毒处理中，臭氧消毒直接影响塑料聚合物并降低MPs负荷，也会影响处理过的废水的细菌群落组成和其抗性。因此，本研究在消毒处理前后评估了MPs生物膜和浮游生物的细菌群落中抗性基因和潜在致病细菌的丰度和持久性。总之，本研究比较了消毒前和消毒后步骤的塑料微环境和浮游生物的细菌群落，特别关注潜在的病原菌。

摘要：微塑料颗粒（MPs）是广泛存在于水生生态系统中的无处不在的污染物。尽管MPs大多被保留在污水处理厂（WWTPs）中，但大量的MPs到达开放水域，可能导致环境中致病菌和抗生素抗性基因的传播。目前，很少的研究集中在MPs作为污水处理厂潜在的致病菌和抗生素抗性细菌的载体的作用上。因此，本研究对MPs上的生物膜（塑料微环境，Plastisphere）和处理前后（消毒前后）废水中的浮游生物的细菌群落组成（16S rRNA基因扩增测序）、抗生素和金属抗性基因的丰度（qPCR）进行了调查。研究结果发现，在消毒前后，MPs在类型、颜色、大小和化学成分方面都非常相似。MPs上的细菌群落在丰富度、组成和网络结构方面与浮游生物群落不同。潜在的病原菌在处理过的废水中的丰度通常高于在MPs生物膜中的丰度。此外，在测试的抗性基因中，只有sul2（一种常见的抗磺胺类药物的抗性基因）在塑料微环境中的丰度高于浮游细菌群落。本研究结果表明，废水塑料微环境可以促进水生环境中致病菌和抗性基因的传播，尽管其贡献相对低于废水浮游细菌群落。

关键词：抗菌剂耐药性；消毒；臭氧化；塑料微环境；抗性基因；污水

原名：Contribution of microplastic particles to the spread of resistances and pathogenic bacteria in treated wastewaters

译名：微塑料颗粒对处理废水中耐药性和致病性细菌传播的贡献

期刊：Water Research

IF：9.130

发表时间：2021.06.16

通讯作者：Andrea Di Cesare

通讯作者单位：意大利CNR水研究所

DOI号：10.1016/j.watres.2021.117368

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135421005662

图文摘要

Microbiological Research

综述 | Microbiological Research：阐明植物生长促进根菌在减轻砷植物毒性中的作用

本文由艾奥里亚编译 

   The University of Burdwan（印度）的Sayanta Mondal于2021年6月15日在Microbiological Research上发表题为《Unraveling the role of plant growth-promoting rhizobacteria in the alleviation of arsenic phytotoxicity: A review》的综述文章，该校Tushar Kanti Maiti担任该研究通讯作者。该研究基于抗As植物促生长根细菌（PGPR）中的抗砷性机制，砷抗性遗传基础，PGPR在减轻砷植物毒性多纬度中的作用等方面，通过对已有的研究进行总结发现，抗As的PGPR在改善在污染地点生长的植物的类金属毒性方面具有巨大的潜力。PGPR的这种生物修复能力可进一步用于发展可持续农业。通过文献总结，笔者同样提出一些需要进一步解答的根本问题：在细菌细胞内积累的类金属的命运是什么？为什么一些As耐药的PGPR将毒性较低的As形式转化为毒性相对较高的形式？这将如何影响宿主植物？更好地理解所有这些方面将有助于进一步了解砷污染农田中植物-微生物相互作用。

摘要：有毒类金属砷（As）是土壤和水中的主要污染物，其给人类的生命安全带来了严重的威胁。As主要通过被污染的作物进入食物链。植物组织中As的吸收、转运和积累往往受到某些土壤微生物群落的调控。其中，土著的、自由生活的抗As植物促生长根细菌（PGPR）在As的固定中起着举足轻重的作用。此外，在植物达到无法承受的阈值水平后，PGPR可以通过植物与微生物的协同相互作用，提高寄主植物的耐受性。抗As PGPR的双重功能：植物激素和最底程度的As诱导的植物毒性损伤是本文的主要焦点之一。已有的研究发现，这种PGPR具有功能性抗砷基因，这种抗性基因存在于ars操纵子中，包括As转运蛋白基因、As转化基因，这些基因分别有助于As的积累和解毒/转化。除了协助营养吸收和调节植物激素水平之外，As抗性的PGPR还通过操纵多种酶和非酶抗氧化剂影响植物的抗氧化防御系统。此外，它们能有效地减少植物细胞的膜损伤和电解质渗漏。As抗性的PGPR对As-诱导的光合损伤也同样具有减缓效果。简而言之，本文就砷暴露作物阐述了砷抗性PGPR的生态生理、生化和分子机制。

关键词：抗砷作用机制，砷的解毒作用，细菌，PGPR，抗氧化剂，生物调节

原名：Unraveling the role of plant growth-promoting rhizobacteria in the alleviation of arsenic phytotoxicity: A review

译名：阐明植物生长促进根菌在减轻砷植物毒性中的作用

期刊：Microbiological Research

IF：3.970

发表时间：2021.06.15

通讯作者：Tushar Kanti Maiti

通讯作者单位：The University of Burdwan（印度）

DOI号：10.1016/j.micres.2021.126809

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0944501321001154

FEMS Microbiology Ecology

科研| FEMS Microbiology Ecology：部署在加拿大不列颠哥伦比亚省海岸的原位微宇宙来研究海洋条件下的沥青风化和相关微生物群落

本文由R.A Uyghurii编译 

   加拿大国家研究委员会能源、矿业和环境研究中心Lars Schreiber等人于2021年6月14日在FEMS Microbiology Ecology发表题为《In situ microcosms deployed at the coast of British Columbia (Canada) to study dilbit weathering and associated microbial communities under marine conditions》的文章。稀释沥青 (dilbit) 是一种原油产品，它由混合了稀释剂的未加工沥青组成，添加稀释剂是为了降低整体粘度，从而能够通过管道运输稀释沥青。加拿大沥青是从位于加拿大阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省西部省份的油砂中提取的。在进入太平洋之前，从基蒂马特 (Kitimat) 出发，沥青油轮将沿着道格拉斯海峡峡湾系统进入相邻的赫卡特海峡。这条航运路线会产生意外溢漏到这两个水体的风险。微生物碳氢化合物降解剂的原位生物修复有助于自然油风化，是减轻海洋石油泄漏影响的一种手段。以前专注于海洋沥青风化的研究使用了水槽中观或实验室微观环境。这些研究提供了对沥青风化动力学和相关微生物群落的宝贵初步见解。然而，迄今为止，尚未在海洋中进行补充原位（现场）实验。本研究的目标是获得有关原位风化和相关微生物群落的此类补充现场数据。之前（异地）研究海洋沥青降解的研究的主要限制是实验系统在边界之前可以运行的时间相对较短（从几天到一个月的顺序）影响创造了导致系统显着偏离自然、原位条件的条件。本研究中的微观设置旨在专门解决由不切实际的营养浓度和有限的创始人和招募人群引入的偏差。为此，将沥青涂层粘土珠放置在具有水平狭缝的柱子中，然后将该装置部署在海洋系泊站。我们设置的安全壳柱中的狭缝允许周围海水和硬沥青涂层珠粒之间的营养物质和微生物连续交换，从而非常逼真地模拟了硬沥青颗粒在海洋中上层环境中所经历的条件。作者发现，沥青正烷烃被微生物降解，估计半衰期为57-69天。正烷烃主要通过有氧条件下的alkB, ladA和CYP153途径降解。多环芳烃（PAHs）的降解比正烷烃慢，半衰期为89-439天。虽然观察到phnAc基因（多环芳烃好氧生物降解的标志物）显著富集，但多环芳烃的生物降解还不能确定。赫卡特海峡的多环芳烃降解速度比道格拉斯海峡慢。微宇宙中相关微生物群落的形成受沥青的存在与否、以及部署地点和培养时间的影响，而不受dilbit类型的影响。

摘要：加拿大不列颠哥伦比亚省道格拉斯海峡和邻近的赫卡特海峡是运输稀释沥青（dilbit）的拟议路线的一部分。这项研究提出了在这种环境下使用原位微结构设计的基础上沥青涂层珠环境中，两种类型的沥青是如何自然降解的。我们发现，与dilbit相关的正烷烃被微生物降解，估计半衰期为57-69天。正烷烃主要通过有氧条件下的alkB, ladA和CYP153途径降解。多环芳烃（PAHs）的降解比正烷烃慢，半衰期为89-439天。虽然观察到phnAc基因（多环芳烃好氧生物降解的标志物）显著富集，但多环芳烃的生物降解还不能确定。赫卡特海峡的多环芳烃降解速度比道格拉斯海峡慢。微环境中相关微生物群落的形成受沥青的存在与否、以及部署地点和培养时间的影响，而不受沥青类型的影响。获得了推测的沥青降解菌的宏基因组，并分为早期、晚期和持续降解菌群。鉴定出的MAGs多为Flavobacteriales, Methylococcales, Pseudomonadales和Rhodobacterales目。发现，较高比例的MAGs代表目前未知的微生物类群或目前没有培养的微生物类群。

关键词：沥青（dilbit）；石油生物降解；道格拉斯海峡；赫卡特海峡；原位微宇宙；

原名：In situ microcosms deployed at the coast of British Columbia (Canada) to study dilbit weathering and associated microbial communities under marine conditions

译名：部署在加拿大不列颠哥伦比亚省海岸的原位微宇宙来研究海洋条件下的沥青风化和相关微生物群落

期刊：FEMS Microbiology Ecology

IF：3.675

发表时间：2021.6.14

通讯作者：Lars Schreiber

通讯作者单位：加拿大国家研究委员会能源、矿业和环境研究中心

DOI号：10.1093/femsec/fiab082

原文链接：

https://academic.oup.com/femsec/advance-article/doi/10.1093/femsec/fiab082/6298224

Plant and Soil

科研| Plant and Soil：水稻驯化影响根际细菌趋化性系统的组成和功能

本文由PEB编译 

   中国科学院东北地理与农业生态研究所田春杰联合河南大学棉花生物学国家重点实验室李伟强与美国德克萨斯理工大学植物与土壤科学系作物非生物胁迫耐受性基因组学研究所Lam-Son Phan Tran等人于2021年6月15日在Plant and Soil发表题为《Rice domestication infuences the composition and function of the rhizosphere bacterial chemotaxis systems》的论文，这项研究通过分析鸟枪法宏基因组测序数据评估了不同水稻类型根际趋化性基因的丰度和组成特征。利用根代谢物的代谢组学分析，将所得的代谢组学数据与宏基因组测序数据一起进行分析，以确定趋化性基因和根代谢物之间的潜在相关性。同时用16S rRNA基因扩增子测序研究特定趋化细菌在细菌根际群落中的作用。研究结果强调了趋化性在与水稻驯化相关的微生物群落装配过程中的重要性，并为重塑根际菌群以支持气候智能农业生产系统的发展提供了方向。

摘要：目的：由于可以利用介导植物-微生物和微生物-微生物互作的独特趋化性系统，特定的土壤细菌可以感知和响应根系分泌物的选择性招募。本研究调查了在水稻（Oryza species）驯化过程中细菌趋化性系统是如何受到选择的影响。

方法：通过鸟枪法宏基因组测序和16S rRNA基因扩增子测序研究野生型和栽培型水稻根际细菌的趋化性系统和趋化细菌。采用代谢组学方法研究不同水稻品种的根系代谢产物。

结果：细菌趋化性基因在野生稻根际的丰度比栽培稻高，并且不同类型的水稻趋化性基因的组成有明显的差异。驯化影响的水稻根系代谢物谱的变化驱动趋化性系统的差异选择。通过鉴定趋化细菌的核心群，发现特定的趋化细菌在根际细菌群落中起着中心类群的作用。

结论：本研究为野生和驯化水稻根际细菌趋化性系统的组成和功能提供了新的见解。这也为水稻驯化对根际微生物群落的影响提供了一个新的视角。

关键词：水稻驯化，根际，细菌趋化性系统，根系代谢物，细菌群落

原名：Rice domestication influences the composition and function of the rhizosphere bacterial chemotaxis systems

译名：水稻驯化影响根际细菌趋化性系统的组成和功能

期刊：Plant and Soil

IF：3.299

发表时间：2021.6.15

通讯作者：田春杰；李伟强；LamSon Phan Tran

通讯作者单位：中国科学院东北地理与农业生态研究所；河南大学棉花生物学国家重点实验室；美国德克萨斯理工大学植物与土壤科学系

DOI号：10.1007/s11104-021-05036-2

原文链接：

https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-021-05036-2

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