原题：Niche differentiation in microbial communities with stable genomic traits over time in engineered systems
通讯作者：Patrick K.H. Lee
第一作者：Jinjin Yu
第一单位：School of Energy and Environment, City University of Hong Kong
期刊：The ISME Journal
时间：2024
论文链接：https://doi.org/10.1093/ismejo/wrae042
文章摘要
本研究以四座工业污水处理厂的活性污泥系统和厌氧处理系统为对象，探究了微生物群落组成和生态位随时间的演替模式。高质量组装基因组（MAGs）分析表明，微生物分类、功能和基因特性受到环境选择的强烈影响，替代性生态过程（replacement processes）是微生物分类和功能组成变化的主要驱动因素，分子网络及基因组差异分析表明微生物群落发生了生态位的分化。各处理单元微生物群落分类、功能和基因特性组成的时序性变化规律与活性污泥系统处理过程的动力学相关。上述结果为工程系统中微生物群落演替的生态机制研究提供了新的视角。
主要内容
1、微生物群落组成和功能
本研究收集并分析了四座工业污水处理厂（IG、TG、TV、VNG）的活性污泥系统（AS）和厌氧处理系统（TS）系统中的连续13个月的宏基因组数据，结果显示AS系统中优势门为Proteobacteria、Planctomycetota和Bacteroidota，AT系统中优势门为Proteobacteria、Halobacteriota和Chloroflexota。
图1 中等及高质量MAGs的系统发育分析
2、分类和功能组成相互关联并由替代性生态过程驱动
研究发现，AS和TS系统中微生物群落的分类组成和功能组成均按厂聚类，且COD去除效率和铵浓度分别是影响AS和AT系统中微生物群落变化的主要环境参数，替代性生态过程是其随时间变化的主要驱动因素，同时AS和AT系统中微生物群落的分类组成和功能组成之间显著正相关，表明微生物群落的分类与功能在演替过程中相互关联。
图2 群落功能特征及演替驱动力分析
3、微生物群落的生态位分化和基因特征
本研究将与各处理厂具有强相关性的HQ rMAGs细分到各自对应的环境指示物群组中。分子网络分析发现指示物组之间存在生态位分化，且不同指示物组的基因大小、GC含量、预测生长率和密码子使用偏好等方面存在显著差异，代谢功能也根据处理厂聚类，进一步表明指示物组间发生了生态位分化
图3 微生物群落中的生态分化
图4 确定性过程的分析及验证
4、微生物群落基因特性组成稳定，群落结构与处理过程动力学相关
图5 微生物群落分类、功能和基因特性相似性及微生物群落演替速率与系统反应动力学相关性
图6 微生物群落演替半衰期计算分析
总结
声明：本文仅供科研交流使用，文章翻译内容可能与原文略有出入，如有侵权或重大问题请通过后台与编辑联系。
来源|浙江大学环境微生物课题组
推文作者|王洁洁
责任编辑|朱林
历史文章推荐阅读
2.重要进展！浙大胡宝兰教授团队在Nat.Commun.发表最新研究成果！
3.研究成果|厌氧氨氧化对不同价态铁离子的响应及机制：基于预测和分类机器学习的新认知
4.研究成果|基于外源铁载体的anammox群落定向调控以实现高效脱氮
--
