2025年1月15日，国际高水平期刊Science Advances在线发表了南京农业大学资源环境学院LorMe实验室联合北大和苏黎世大学最新研究成果《Siderophore synthetase-receptor gene coevolution reveals habitat- and pathogen-specific bacterial iron interaction networks》。论文第一作者为北京大学定量生物学中心/北大-清华生命科学联合中心的博士后顾少华（2020年南农LorMe实验室毕业生），通讯作者为南京农业大学的韦中教授，苏黎世大学定量生物医学系Rolf Kümmerli教授，和定量生物学中心/北大-清华生命科学联合中心李志远研究员。
这是继2020年LorMe实验室青年学者顾少华博士和韦中教授在Nature Microbiology发表研究后的又一重大突破，该研究揭示了铁载体合成基因与受体基因间的协同演化模式，并开发了一种新方法用于高效预测铁载体介导的微生物相互作用网络，为解析微生物群落的生态进化机制提供了新的工具和理论依据。
由于铁对微生物而言是必需却稀缺的元素，微生物利用铁载体竞争获取铁资源，这一过程对于病原菌的生态适应性、群落动态及其入侵机制至关重要。然而，仅依靠实验手段难以全面理解铁载体介导的复杂微生物互动网络。因此，研究团队以假单胞菌作为模型生物，结合基因组挖掘技术和计算建模方法，成功克服了这一技术难题。研究不仅展示了铁载体策略的多样性和功能差异，还阐明了铁载体合成和识别基因之间的“钥匙与锁”共进化机制，并构建了一个微生物铁载体资源竞争模型。
通过对近2000个假单胞菌基因组中铁载体合成和识别基因的研究，团队发现了三种铁载体利用策略：“单一受体生产者”，即自给自足；“多受体生产者”，即在独处时独立摄取铁同时也能从其他菌株获益；以及“非生产者”，完全依赖于其他菌株提供的铁载体。通过系统分析这些基因间的协同进化关系，团队提出了一种精准预测铁载体介导的微生物相互作用的方法。
此外，研究构建了迄今为止最大的微生物铁载体互动网络，显示病原菌倾向于形成封闭网络以减少资源共享，而非病原菌则通过多样化策略促进群体多样性与共生。基于所构建的铁载体资源竞争模型，研究进一步指出，病原菌入侵现有微生物群的成功与否取决于其能否欺骗或利用现有群落中的“锁”。
这项研究首次从基因组序列角度提出了一个创新方法来解析铁载体介导的微生物相互作用网络，为微生物群落生态学研究和次级代谢产物的功能解析提供了有力工具。未来，这种方法有望应用于更广泛的微生物组研究中，有助于精准调控微生物生态系统并靶向清除病原菌，为实现一体化健康发展提供科学支持。
该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目和博士后创新人才支持计划的资助。
韦中，1985年出生，南京农业大学教授、博导、国家自然科学基金杰出青年项目获得者。韦中从本科阶段起就跟随沈其荣学习，博士毕业后以教授的身份又回到团队，目前主要从事根际微生态与进化、土壤生物健康调控、农业废弃物生物高值化等方面研究和应用。以第一或通讯作者在Nat Biotechnol、Nat Microbiol、Nat Ecol & Evol、Nat Commun、Sci Adv等期刊发表一系列重要论文。
