【LorMe周刊】受入侵微生物群落稳定性与装配过程之间的关联

文摘 2024-11-26 14:00 江苏

作者：张子茹，南京农业大学硕士在读，主要研究资源调控微生物互作。

周刊主要展示LorMe团队成员优秀周报，每周定期为您奉上学术盛宴！本期周刊为您介绍被细菌入侵后，微生物群落稳定性与装配过程之间的关联，原文于2024年4月25日发表在ISME上。

导读

了解菌群稳定性与装配过程之间的关系在微生物生态学领域至关重要，本研究旨在解析生物扰动对菌群的影响是否受群落装配过程调控。结果表明，以随机装配过程为主导的土著菌群更易受入侵物种的定殖影响。具体而言，大肠杆菌的入侵作为生物选择压力引发了入侵物种和土著群落间的竞争，减弱了土著群落装配的随机性。本研究为阐明微生物群落稳定性及其潜在生态系统功能提供了重要的理论依据。

实验设计

将新鲜的土壤悬浮液加入土壤，分别培养0天、5天、10天和20天（分别用C0，C5，C10，C20表示），以构建4种不同土著菌群，培养时间的差异模拟了受不同群落装配过程调控的种间相互作用强度变化。随后，引入入侵物种-大肠杆菌，对上述4种不同土著菌群施加生物入侵压力。入侵后，将各处理菌群继续培养20天，同时设置未入侵的群落作为对照。

主要结果

1. 入侵物种生存及其与土著群落装配过程之间的关联

大肠杆菌入侵后20天，其在未添加新鲜土壤悬浮液的土壤（细菌密度较低）中存活率高于引入微生物群落的土壤（C0-C20）。大肠杆菌在4个土著群落中的存活率也有显著差异，其中C20的存活率最高（图1A）。发现大肠杆菌的存活率与土著群落中随机性装配过程的增加显著相关（图1B）。通过对细菌群落16SrRNA基因的rrn拷贝数分析发现，随着菌群培养时间的延长，整个菌群逐渐由r-策略向k-策略转变，这种生活策略的转变与群落装配过程中随机性/确定性比例变化密切相关（图1C）。变异划分分析（VPA）表明，群落生活策略的转变（由rrn拷贝数估计）与群落随机性装配过程共同促进了大肠杆菌的存活（图1D）。

图1.入侵物种生存及其与土著群落装配过程之间的关联

2. 大肠杆菌入侵削弱土著群落的随机装配过程比例

通过计算入侵处理和未入侵处理群落间的加权UniFrac距离，评估入侵对土著群落结构的影响（图2）。观察到与C10和C20相比，随机装配过程比例较少的C0和C5中的群落结构变化更为显著，这一现象表明入侵物种与土著群落之间的竞争关系很大程度上决定了入侵物种的存活状态和土著群落结构的重塑。还发现与C10和C20相比，C0和C5有更多的ASV显著变化，丰度下降的ASV在系统发育上更接近于大肠杆菌属。

大肠杆菌的入侵显著削弱了土著微生物群落中随机装配过程的相对重要性（图2A），这反映了土壤微生物群落所承受的生物胁迫。具体来说，C0和C5处理的随机性装配过程的减弱程较C10和C20更为显著，与前述群落结构变化一致（图2B）。大肠杆菌入侵对C0和C5的作用不仅强化了同质选择过程，还减弱了扩散限制和随机漂移的影响，进一步证实了生物扰动在塑造微生物群落装配过程中的重要性。