Nature 子刊：地中海气候区草地土壤中微生物的基因组分异调控降雨和土壤深度对土壤碳氮化合物周转的影响
推荐：江舜尧
编译：bioshepherd
编辑：董小橙
美国加州大学伯克利分校Banfield 教授的研究团队于2019年5月20日在Nature 子刊《Nature microbiology》发表题目为《Mediterranean grassland soil C–N compoundturnover is dependent on rainfall and depth,and is mediated by genomically divergentmicroorganisms》的文章，该研究揭示了酸杆菌门等微生物类群在碳氮周转中的功能。
文章摘要
研究背景：土壤微生物活性驱动着土壤的碳氮循环，同时也是大气微量气体周转的重要决定因素，然而对大部分土壤中的优势微生物的代谢能力还知之甚少。目前，对土壤中最为丰富的细菌-酸杆菌门的功能特征了解很少，而对疣微菌门，芽单胞菌门，绿弯菌门和Rokubacteria的功能研究仍不充分。
方法：本文在地中海气候区-美国北加利利福尼亚的Angelo Coastal RangeReserve的草地采集了60个土壤样品，获得60个宏基因组和20个蛋白组数据集，这些数据集涵盖了18个门的793个接近完整的微生物基因组，代表了已知微生物的三分之一（本文的微生物特指细菌和古细菌）。
结果：本研究基于基因组学对微生物群落的代谢预测是切实可行的。研究发现，在一些之前未研究过的酸杆菌的纲中，其基因组能够编码大量的辅助酶，这些酶能够降解复杂碳水化合物。另外，大多数微生物能够编码碳水化合物酯酶，它能够从果胶和木聚糖等聚合物中相对容易的打开甲基和乙酰基官能团，进而形成甲醇和乙酸盐。酯酶的有效性能够解释基因组中C1代谢和醋酸盐利用的高度流行。在三个土壤深度（10-20 cm, 20-30 cm和30-40 cm）以及自然和降雨增强的处理下取得的土壤样品中的微生物丰度表明，在浅层土壤具有更高的碳降解基因组，而在深层具有更高的无机氮代谢基因组。在增强春季降雨的处理中，微生物功能在土壤深度的区分会降低，表明长期的气候改变能够影响土壤碳氮循环。
结论：本研究结果表明，在自然和环境梯度对照中，可以通过基因组学代谢分析明确微生物在复杂碳水化合物降解，C1代谢，氨化和硝化过程中的具体作用，以及影响他们在土壤中分布的限制因子，揭示了气候变化能够显著改变土壤微生物群落的碳氮周转能力。
关键词：地中海气候区草地土壤，宏基因组，蛋白组，碳氮周转，降雨
文中主要图片说明
图1 | 核糖体蛋白（rpS3）种群丰度及其影响变量
图2 | 所有近完全基因组基于最大似然法的系统发育树
图3 | 碳氮代谢转化预测
图4 | 在取样深度和处理之间微生物的类群和功能富集
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