【LorMe周刊】入侵种对合成菌群的影响与入侵时机的关系
文摘
三农
2024-12-05 10:00
江苏
作者：曾茶，宁波大学硕士在读，主要研究土壤微生物生态与微生物入侵。
周刊主要展示优秀周报，每周定期为您奉上学术盛宴！本期周刊为您介绍不同入侵时机下入侵种对微生物群落的影响及规律。原文于2024年发表在《The ISME Journal》上。![]()
微生物群落经常经历生态入侵，而这往往会导致其组成与功能发生变动。本研究旨在解析不同构建过程中的微生物群落对生态入侵的敏感程度。研究结果表明，在微生物群落构建的早期阶段，微生物群落更容易受到入侵种的影响。具体来说，入侵种的引入作为生物选择压力，引发了与土著群落成员之间的竞争，这种竞争在多样性较高的微生物群落中尤为明显。此外，即使入侵种未能长期存在，入侵事件也能对微生物群落结构产生显著且持久的影响。本研究为理解微生物群落的抵抗力和生态系统功能提供了新的视角，对人类健康、农业和工业等领域具有重要的理论和实践意义。构建15个不同的合成细菌群落，每个群落由48种细菌株中的不同组合构成。这些群落在构建初期、构建后24小时（早期入侵）以及构建后7天（晚期入侵）时，分别被苜蓿假单胞菌(Pseudomonas poae)、绿黄假单胞菌(Pseudomonas viridiflava)、油菜黄单胞菌(Xanthomonas
campestris)入侵。一、入侵通常不成功，在高丰富度群落中更为明显
15个细菌群落分别在三个不同的时间点受到三种细菌的入侵（图1A）。在所有群落中，成功入侵的比例约为24%。入侵种的存在导致至少有一个土著微生物群落成员被排除的比例为46%。其中油菜黄单胞菌(X.campestris)显示出最高的成功率，为39%，绿黄假单胞菌(P.viridiflava)显示出最低的成功率，为6%，而苜蓿假单胞菌(P.poae)则表现出中等的成功率，为27%（见表1A）。最成功的入侵种(X.campestris)示出最低的平均相对丰度（0.03±0.02），而不太成功的入侵种(P.viridiflava 和 P.poae)显示出更高的平均相对丰度（0.27 ± 0.12 和 0.16 ± 0.18，表 1A）。结果表明，被入侵的微生物群落与入侵成功率之间存在关联，微生物群落3、4和6的入侵成功率较高（表1B，图1C）。
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成功的入侵定义为入侵种在被引入的群落中持续存在，与入侵种的相对丰度无关。丰富度较低的微生物群落可能更容易受到入侵种的影响（图2A）。如果入侵种能够在消耗培养基上良好生长，这意味着它们更能够利用群落中的资源，从而更易入侵成功。而密度的显著变化反映了群落对资源的利用效率，与群落的稳定性和抵抗入侵的能力有关（图2C）。这些结果表明在微生物群落管理中应考虑微生物群落丰富度、资源利用效率以及群落动态变化的重要性。![]()
对于入侵种苜蓿假单胞菌(P.poae),在微生物群落构建早期入侵更可能更易成功，而在初始阶段入侵失败的概率更高。这与微生物群落在不同时间点的动态变化和稳定性有关（图3A）。基于群落组成的主坐标分析（图3B）表明不同入侵时机下微生物群落的组成与未入侵的对照群落存在显著差异，表明入侵时机对微生物群落组成有显著影响。
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图4展示了不同的入侵种(P.poae、P.viridiflava 和X.campestris)对微生物群落组成的长期影响。这表现为某些物种的相对丰度增加或减少，以及会引入的新物种或基因。即使入侵种最终未能成功入侵，它们最终也对微生物群落产生重大和持久的影响，表明即使是瞬时的入侵也能导致群落结构的长期变化。
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综上所述，在微生物群落构建过程中入侵时机对入侵成功率以及入侵种对常驻群落的影响具有显著作用。具体而言，在微生物群落构建过程中早期阶段发生的入侵，不仅增强了对微生物群落组成的影响，而且在某些情况下提高了入侵成功率。这些发现与多样性降低对资源利用效率和抽样效应的预期影响相一致。与此同时，微生物群落中微生物的遗传距离也是影响入侵成功的因素之一，入侵种与群落成员间的遗传差异越大，成功入侵的概率越高。此外，即使未能成功入侵，入侵种也对微生物群落组成产生了强烈影响。总的来说，微生物群落对入侵影响的抵抗力在群落构建过程中是变化的，并且可以通过入侵生态学中已知的机制来解释。这些结果进一步加深了我们对影响微生物群落易感性的因素的理解，对人类健康、农业和工业具有相关意义。原名：Impact of timing on the invasion of synthetic bacterial communitiesDOI：10.1093/ismejo/wrae220通讯作者：Keven D. Dooley；Joy BergelsonLab of rhizosphere Micro-ecologyCompetition & Cooperation
