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我科学家揭示土壤微生物群落结构稳定性维持机制

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  近日,中国农业科学院农业资源与农业区划研究所农业微生物资源团队创新性地提出并验证了一种新的评估微生物群落稳定性的平均变异度指数,将群落稳定性指数化,揭示了土壤微生物的氮磷代谢的特殊性生态功能和相关细菌类群在维持微生物群落稳定中的重要作用。相关研究成果在线发表在《微生物组(Microbiome)》上。

  

  据张瑞福研究员介绍,土壤微生物活动是驱动土壤生态系统物质循环和养分转化的重要因素,土壤生态系统服务功能的可持续性取决于土壤微生物组的稳定性。近年来,土壤微生物多样性损失对生态系统的威胁在国际上广受关注,微生物多样性与生态系统功能稳定性的相关研究成为热点。

  研究团队基于土壤微生物群落高通量测序数据,提出并验证了一种新的评估微生物群落稳定性的平均变异度指数(Average Variation Degree, AVD),将群落稳定性指数化,该模型具有不受组内样本数量限制的优点。研究发现,随土壤微生物多样性下降,群落平均变异度指数提高,稳定性降低。构建随机森林机器学习模型分析了微生物群落的功能基因组成,发现土壤“氮代谢”和“磷代谢”相关的功能基因是决定群落稳定性的最关键功能;同时,构建功能基因共现网络发现这些关键功能基因也是网络关键枢纽成员,这些枢纽功能基因随微生物多样性下降而减少,导致共现网络模块性降低,稳定性下降。进一步对“氮磷代谢”功能基因进行物种注释发现,所有细菌类群的相对丰度都随微生物多样性下降而降低,其中以硝化螺旋菌属(氮代谢)和芽单胞菌属(磷代谢)为代表的类群可能是维持土壤微生物群落稳定的核心成员。该研究对破译土壤微生物多样性和系统生态功能之间的关系具有重要的指导意义,可以为未来调控土壤微生物组促进土壤生态功能的稳定发挥提供理论指导。

  该研究得到国家自然科学基金、中国农科院创新工程、中国科协青年人才托举工程等项目资助。(通讯员 金云翔)

  论文链接:

  https://doi.org/10.1186/s40168-020-00985-9

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