环境周报 | 微生物重要期刊最新研究进展（20211004）

Nature子刊

综述 | Nature Reviews Microbiology：基于质谱的代谢组学技术在微生物组研究中的应用

本文由艾奥里亚编译

摘要：微生物群是包括人类生态系统在内的生态系统中可塑性的一部分。微生物不仅影响其特定生态位（如人类肠道）的化学作用，还影响远端环境（如身体其他部位）的化学作用。基于质谱的代谢组学分析是检测和鉴定人体微生物群产生的小分子，并了解这些微生物代谢产物功能作用的关键技术之一。本篇综述为常见的非靶向质谱分析及其在微生物组分析背景下可以获得的数据类型提供了基础介绍。但目前对于数据的分析仍然存在问题；因此，我们将重点放在数据分析方法和综合分析上，这些方面包括微生物组测序数据的整合分析。

论文ID

原名：Mass spectrometry-based metabolomics in microbiome investigations

译名：基于质谱的代谢组学技术在微生物组研究中的应用

期刊：Nature Reviews Microbiology

IF：60.633

发表时间：2021年9月22日

通讯作者：Alan K. Jarmusch，Pieter C. Dorrestein

通讯作者单位：美国加利福尼亚大学（University of California）

DOI号：10.1038/s41579-021-00621-9

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41579-021-00621-9

科研| Nature Communications：植物介导的微生物土壤遗留效应在土壤和根内的持久性

本文由大头虾编译

摘要：植物-土壤反馈（Plant-soil feedbacks）是由植物留在土壤中的微生物遗留物形成的。在本研究中，我们使用6种典型的草地植物来测试在被相同或其他植物定植后这些遗留物的持久性。可检测出的土壤真菌残留能维持数月，但目前植物对真菌的影响随着时间的推移而放大。而与之相反，细菌群落的遗留物质迅速消失，且受到当前植物的强烈影响。然而，真菌和细菌都保存在当前植物的根内，它们的组成与植物生长显著相关。因此，在植物建立时存在的微生物土壤遗留物在塑造植物生长方面起着至关重要的作用，即使这些遗留物会随着当前植物的生长而在土壤中消失。本研究中，我们得出了结论--土壤微生物群落遗留物是可逆和通用的，但它们可以通过改变个体发生早期获得的内生植物群落来产生植物-土壤反馈。

论文ID

原名：Persistence of plant-mediated microbial soil legacy effects in soil and inside roots

译名：植物介导的微生物土壤遗留效应在土壤和根内的持久性

期刊：Nature Communications

IF：14.919

发表时间：2021.9.28

通讯作者：S. Emilia Hannula

通讯作者单位：荷兰生态研究所陆地生态学系

DOI号：10.1038/s41467-021-25971-z

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-25971-z

Microbiome

科研| Microbiome：微生物河海连续体：底栖生物和浮游生物多样性的梯度，渗透调节和营养循环

本文由耗子编译

摘要：背景：沿海水生生态系统包括化学上不同但高度相关的环境。在从淡水到海洋的过渡带中，随着潮汐周期在当地的条件下产生周期性波动，水生生物群落暴露在盐度和养分可用性的巨大变化中。该研究预测这些因素将强烈影响水生微生物群落结构和功能，并改变水生食物网结构和生物地球化学循环。然而，目前关于在盐度梯度下生物群落代谢特性的空间分布知之甚少，也没有研究同时对沉积物和水环境进行过调查。在本研究中，我们在夏季通过收集9个浅层潮下地点的沉积物和浮游生物生物量，研究了底栖生物、浮游原核生物和微真核生物群落在河流和潮汐泻湖体系中组装特征及其驱动因素。采用基因组和转录组分析，以及相应的地球化学数据来分析生物分类群的分布、耐盐机制和营养循环。

结果：与耐盐性和养分循环相关的水生微生物分类组成和代谢功能相似性随盐度增加而降低，水体和沉积物间群落多样性趋势差异明显。非盐类和盐类群落采用不同的渗透调节策略，由于谱系特异性的耐盐适应性，随着水体盐度的增加，渗透调节相关转录基因的表达增加。研究结果表明，淡水区的磷酸盐限制条件转变为了咸水区的富营养条件，其中不同的碳、氮和硫循环过程占主导地位。淡水区磷获取的相关生物活性最高，用时淡水沉积物中异化硝酸盐还原为铵。咸水区反硝化、硫代谢和光合作用的活性最高，该区域光合作用由不同的微真核生物主导，分别是水中的隐藻和沉积物中的硅藻。尽管微真核生物和古菌相对于细菌来说是罕见的，但结果表明它们对光合作用和氨氧化的贡献均更大。

结论：我们的研究证实了在相互关联的沿海水生生态系统中，存在清晰的淡水-盐水和沉积物-水生态系统边界，本研究为理解盐度、浮游生物与底栖生物栖息地和养分有效性在塑造水生微生物代谢过程中的相对重要性提供了一个框架，尤其是在未来有关潮汐泻湖系统的研究中存在重要科学价值。

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原名：Microbial river-to-sea continuum: gradients in benthic and planktonic diversity, osmoregulation and nutrient cycling

译名：微生物河海连续体：底栖生物和浮游生物多样性的梯度，渗透调节和营养循环

期刊：Microbiome

IF：14.65

发表时间：2021.09.20

通讯作者：Kim Marie Handley

通讯作者单位：新西兰奥克兰大学生物科学学院 

DOI号：10.1186/s40168-021-01145-3

原文链接：

https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-021-01145-3

视频摘要

中科院| Microbiome：魏辅文院士团队通过多组学方法揭示了植物次生代谢产物对非模型哺乳动物肠道菌群的积极影响（国人佳作）

本文由独世编译

摘要：背景：黄酮类化合物是重要的植物次生代谢物（plant secondary metabolites，PSMs），因其促进健康的作用而被广泛使用。然而，人们对总黄酮代谢以及黄酮与肠道微生物群之间的相互作用知之甚少。而富含黄酮类化合物的竹子和大熊猫提供了理想的系统来填补这一领域的空白。

结果：本研究结合了代谢组学和宏基因组学以及体外培养实验，在竹子中共鉴定出97种黄酮类化合物，其中大部分是先前未鉴定的；超过70%的类黄酮单体可以被肠道微生物群所利用；竹叶和竹笋中黄酮类化合物含量的变化造成了季节性的微生物波动。饮食中中黄酮类化合物含量越高，肠道微生物多样性和毒力因子越低，而降解纤维素的微生物越多。

结论：研究结果首次提出益生元PSMs在非模式哺乳动物中的应用前景，并指出PSMs重塑了肠道微生物群，赋予宿主适应生态环境中的饮食转变，提供了对宿主-微生物相互作用的新见解。

关键词：PSMs，黄酮类化合物，大熊猫，代谢组学，宏基因组学

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原名：Multi-omics reveals the positive leverage of plant secondary metabolites on the gut microbiota in a non-model mammal

译名：多组学揭示了植物次生代谢产物对非模型哺乳动物肠道菌群的积极影响

期刊：Microbiome

IF：14.650

发表时间：2021.9.22

通讯作者：魏辅文院士

通讯作者单位：中国科学院动物研究所动物生态与保护生物学重点实验室

DOI号：10.1186/s40168-021-01142-6

原文链接：

https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-021-01142-6

视频摘要

中科院| Microbiome：在大陆尺度中，营养级驱动着土壤无脊椎动物的宿主微生物群（国人佳作）

本文由大头虾编译

摘要：背景: 提高我们对土壤生物多样性的认识是预测全球变化情景下生态系统功能变化的基础。目前已知的所有多细胞生物（multicellular organisms）都是包含大量微生物物种的共生功能体（holobionts）。而且，已经有研究证明土壤动物体内生活着数千种物种。然而，在不同陆地生物群落或在大空间尺度上和在对比土壤动物（soil faunal）类群时，我们对宿主微生物组的身份和功能知之甚少。在此，我们研究了中国陆地生态系统中多种功能重要的土壤动物的微生物群落。

结果：不同土壤动物的微生物群落具有多样性和独特性，且明显区别于周围的土壤微生物群落。这些独特的微生物群在不同的采样地点和不同的陆地生态系统的类群中得以维持。与弹虫（collembolans）、甲螨（oribatid mites）和掠食性螨（predatory mites）相比，线虫类（nematodes）、线蚯（potworms）和蚯蚓类（earthworms）的微生物群更难用环境数据来预测。虽然随机过程很重要，但寄主选择等确定性过程也有助于土壤动物每个分类单元中独特微生物群的组成。微生物多样性、独特的微生物类群和微生物暗物质 (未鉴定的微生物类群) 都随着土壤食物网的营养级而增加。

结论：我们的研究结果表明，土壤动物是微生物多样性的重要储存库，而那些位于食物网顶端的动物拥有更多样化和更为独特的微生物群落。而在生物多样性和保护的争论中，很少会考虑到隐藏的生物多样性来源以及强调保护关键土壤无脊椎动物的重要性。

关键词：土壤食物网，宿主微生物组，独特微生物类群，生物多样性，微生物暗物质，大陆尺度调查，营养动力学，确定性过程，网络分析

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原名：Trophic level drives the host microbiome of soil invertebrates at a continental scale

译名：在大陆尺度中，营养级驱动着土壤无脊椎动物的宿主微生物群

期刊：Microbiome

IF：14.650

发表时间：2021.9.20

通讯作者：朱永官院士

通讯作者单位：中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室

DOI号：10.1186/s40168-021-01144-4

原文链接：

https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-021-01144-4

视频摘要

FEMS Microbiology Ecology

科研| FEMS Microbiology Ecology：抑制疾病和促进生长堆肥的指示性细菌群落和分类及其与根平面的联系

本文由大头虾编译

摘要：堆肥的应用在促进植物生长和抑制植物疾病方面存在差异，可能是由于物理化学和生物参数不同。我们的假设是：细菌对堆肥的植物生长促进和疾病抑制很重要。因此，具有这些特性的堆肥将包含类似的指示性细菌类群。本研究采用十字花科植物（cress plants）和病原菌腐霉菌Pythium ultimum进行生物测定，并对5个不同的商业供应商和不同的起始材料准备的17种堆肥进行了分类，最后利用宏条形码方法测定了固体堆肥和十字花科植物根际细菌群落。研究发现，其中6种堆肥对病害有显著抑制作用，9种堆肥对生长有显著促进作用，但这些性状之间没有相关性。生长促进与堆肥中硝酸盐含量呈正相关，而病害抑制与堆肥各因子呈负相关。生长促进和疾病抑制解释了细菌群落结构的显著差异，分别为11.5%和14.7%。在与生长促进相关的序列变异 (sequence variants，SVs) 中，微枝形杆菌属Microvirga、不动杆菌Acinetobacter、链霉菌Streptomyces、慢生根瘤菌Bradyrhizobium和芽孢杆菌Bacillus是最有潜力的，而在抑制性混合料中，解脲芽孢杆菌属Ureibacillus、Thermogutta和Sphingopyxis 等非常有前景。相关的SVs代表了发展生长促进和疾病抑制预测工具的基础，这是有针对性的堆肥生产和应用的一个高度期望的目标。

关键词：堆肥微生物; 扩增子测序; 序列变异; 土传病原; 针对应变隔离; 诊断

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原名：Indicative bacterial communities and taxa of disease-suppressing and growth-promoting composts and their associations to the rhizoplane

译名：抑制疾病和促进生长堆肥的指示性细菌群落和分类及其与根平面的联系

期刊：FEMS Microbiology Ecology

IF：4.194

发表时间：2021.9.21

通讯作者：Johanna Mayerhofer

通讯作者单位：瑞士苏黎世农业研究卓越中心方法开发和分析系

DOI号：10.1093/femsec/fiab134

原文链接：

https://academic.oup.com/femsec/advance-article/doi/10.1093/femsec/fiab134/6373440