在复试结束后不久,老师就邀请我们加入了课题组的群里,还给我们推荐了南农LorMe这个公众号,点进去一看,师兄师姐们已经写了一百多篇的推送,并且都是跟课题内容相关的文献精读,这对我这种科研小白来说简直就是一个宝藏库!因为师兄师姐们选取的都是近年来的文献,所以让我们能够很快的了解到以后所要研究的领域的学科动态,并且大量的专业性内容让我们能够很快上手,比起自己在知网上用关键词搜索漫无目的的看好多了。在本科大二的时候,我上了微生物这门课,但仅仅是基础的去了解微生物的分类,以及各门各目的特征,实验课上也只是学习了如何制作培养基,虽然毕业论文也涉及到微生物方向,但也只是对微生物的群落变化、相对丰度做了分析检测。在一开始看公众号里的文献时,发现我对这个领域的了解是陌生的,有很多专业名词都看不懂,基本每看一篇都要去查一下相应的名词解释并在本子上记录下来。不过好在看多了以后,也渐渐地理解了文章的意思,读懂了实验的研究思路和步骤,知道了这个实验主要是想要验证什么科学问题,公众号里的文章到最后还会有个总结环节,师兄师姐们还会在这里提出一些不足,比如某项实验在植物中应用了那么是否在动物中也能应用呢?或者是该微生物群落的特性是这样,那别的微生物群落作用于同一土壤或作物中会是怎么样呢?这些问题带领着读者去思考,以前我看文献的时候,就只是记住了结论,没有思维发散地去想更多的相关性问题,所以这次阅读时我就下意识地去学习前辈们尽量去思考问题,觉得受益匪浅。
在阅读的过程中,我了解到了很多微生物的相关研究,觉得微生物这个庞大的群落真的太智慧了,并且他们之间关系多元复杂,还有好多未曾认识到的特性等待我们去认识。我觉得比较有意思的是,像平时上课了解到的动植物种群互利共生关系一样,微生物间也存在着互利共生协同进化的关系。William R. Harcombe在研究中发现,Escherichiacoli会产生低成本的乙酸盐供给Salmonella enterica,之后部分的S. enterica会发生进化,分泌出高成本的蛋氨酸回馈给E. coli。且在互利共生的第二阶段中,部分E.coli会在与进化后的S.enterica共培养条件下发生进化,并产生高成本的半乳糖再回馈给S. enterica。
然而在在资源缺乏的条件下,他们又会从互作关系转变成竞争关系,就像网络上调侃的“塑料友谊”。William R. Harcombe在对有限资源培养下的互养微生物群落变化研究发现,“大肠杆菌--沙门氏菌”体系在添加交换型养分(乙酸盐和甲硫氨酸)的条件下可以共存,而当限制公共资源(氨)时,这个共存体系开始崩溃,这是由于物种相对生长速率的差异以及对公共资源竞争而导致的,这一结果验证了FFG假说,即生长较慢的微生物的独立不会影响种间共存,反而生长较快的微生物的独立会导致生长较慢物种的消亡。这有点像我们在人际交往中所说的,势均力敌、一起进步变优秀的友谊才能够长远。在微生物复杂的关系中,更有趣的是还出现了“作弊者”,即那些不参与铁载体生产而利用别的物种生产的铁载体的种群。生态学中有理论认为只有当种内竞争超过种间竞争时,物种才能共存。Anne Leinweber等人在研究中发现,在低空间结构中,通过加入作弊者的方式引入种间竞争也可以促进竞争物种的共存。不过作弊者只能在低空间结构的环境中侵入合作的铁载体生产群体,驱动生物多样性的形成,在高空间结构中环境会组织作弊者对铁载体的利用。细菌、噬菌体之间的关系同样值得注意,像大国之间的军备竞赛一样,细菌为了抵御噬菌体的侵染进化出了一系列的防御系统,而同时噬菌体也不断地更新自己的侵染系统来攻破细菌的防线。噬菌体是一类能够感染细菌、真菌及放线菌等微生物,使之成为宿主并将其杀灭的病毒。噬菌体感染细菌的过程主要分两类:一类是裂解性噬菌体,主要包括识别、吸附、注入核酸,复制病毒核酸,合成病毒其他物质、装配和释放;另一类是溶原性噬菌体,主要包括识别、吸附、注入核酸,前噬菌体进入宿主基因组,宿主细胞复制,环境诱导前噬菌体释放,复制病毒核酸,合成病毒其他物质、装配和释放。在公众号的文章中,我了解到了多种细菌和噬菌体间的防御和进攻关系,例如在细胞膜上,当细菌通过改变、伪装、修饰或掩盖受体防治噬菌体吸附时,噬菌体可以通过突变识别被修饰过的受体,并产生细胞外基质降解酶;CRISPR系统是细菌对抗噬菌体的免疫系统,它会与cas引导特点定蛋白质破坏与crRNA互补的入侵噬菌体基因组,作为反击,噬菌体会通过PAM或原间隔物点突变、DNA的缺失或修饰克服CRISPR-Cas防御;细菌为了保护种群,甚至进化出了Abi(流产感染)机制,在噬菌体入侵后宿主发育中断,宿主细胞与噬菌体“同归于尽”,试图用壮烈牺牲以阻止噬菌体的传播,而在这场battle中,为了绕过毒素-抗毒素系统,聪明的噬菌体编码了抗毒素,通过重组获得宿主遗传物质来产生多种逃逸的方法。近年来在医疗领域中,耐药性成为一个大家共同关注的问题,滥用抗生素、细菌性药物导致出现抗性,病患无法得到有效治疗导致身体状况每日愈下甚至死亡,对噬菌体侵染系统的进一步了解能够利用于治疗细菌病害,破除耐抗生素细菌威胁的窘境。细菌-噬菌体的互作还有很多系统等待我们发现,在千万年来的漫长进化过程中,不得不说这两个既是朋友又是对手的物种都太狡猾了,但也正因如此我们才得以一窥微生物界的多样性。三、LorMe推荐文献,却也不止文献
在看公众号的文章时,我不仅了解到了最新的动态,比如近几年我们实验室团队开展了对铁载体的研究,并且在国际上奋勇直追,取得了非常优异的成果,还汲取了以后做科研的力量,树立了学习的榜样。就是推送这些文章的师兄师姐们,加入课题组的小群后,才知道一篇公众号文章发出来要修改多少次,感受到老师和前辈们的用心,因为用心内容才精彩,如果没有这些文章向我打开微生物的大门的话,光靠我自己慢慢找文献看肯定进度很慢,不像现在这样至少大概了解了一些基础的知识,也知道了实验室的研究方向是什么。看了顾少华博士师兄的那篇《我与铁载体的这5年》后,我觉得非常骄傲但又同时压力倍增,骄傲的是我们实验室的师兄师姐们、老师们都非常地优秀,整个团队的凝聚力非常强,但是又担心自己跟不上,害怕掉队所以有点压力,不过我相信自己可以把压力转化成动力,毕竟有这么优秀的前辈,还有我的导师王孝芳老师、其他老师都非常认真负责,所以我会好好学习一直保持冲劲的。其实在加入到LorMe的大家庭后,在这段时间的学习和阅读过程中我觉得很感动,因为之前有读研的师兄师姐跟我说,导师很忙平时很少交流,都是靠自己摸索,看了大量的文献但是不知道哪些才是有用的,开学过了很久很久才慢慢上手。在我完成本科毕业论文的实验过程中,因为导师很忙平时也是师姐带我们,过程中也有实验失败感到很挫折的时候,所以来这里刚开始的时候我会很担心我摸不到科研的大门。但是很幸运的是这个团队的每个人都很好,老师对我们很用心,督促我们看文献,给我们分享仪器的使用方法,让我们参加组会,看看师兄师姐们怎么进行学术汇报,还搭建了学术论坛,邀请教授开分享会让我们拓展视野,去了解优秀的科研工作者们是怎么开展实验的。看了那么多文章后还是觉得,微生物的世界很有趣,做科研也很有趣,虽然现在我还有点一知半解的,不过知识和经验都是需要慢慢累积的,我希望我的自我积累过程能够快一些,向实验室里的前辈们学习,好好做实验,为这个团队贡献自己的一份力量。
——文章来自2020级硕士研究生吴锶杰
南京农业大学-土壤微生物与有机肥料团队
微生态与根际健康实验室
Lab of rhizosphere Micro-ecology
立足国家需求,探索学科交叉,引领国际前沿
开展微生态研究、致力于根际健康提升、培养一流创新人才
竞争求发展,合作谋共赢Competition & Cooperation
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