周报 | 微生物重要期刊最新研究进展（20201207）
Nature
科研| Nature：微生物群落高度多路复用的空间映射
本文由白羽编译
美国康奈尔大学生物医学工程学院的Hao Shi等人于2020年12月2日在Nature上发表题为《Highly multiplexed spatial mapping of microbial communities》的文章，本研究描述了用于微生物群映射的荧光原位杂交 (HIPR-FISH)，与现有的方法相比，HIPR-FISH在多重复杂性方面提供了十倍以上的改进，其所能实现的定量单细胞测量为微生物群空间生态分析提供一个框架。
摘要：由于环境微生物群落中物种的高密度和丰富多样性以及光学成像技术的局限性，以高分类和空间分辨率原位绘制微生物群落复杂生物地理分布图是一个重大挑战。在此，我们通过荧光原位杂交 (HIPR-FISH) 介绍了高系统发育分辨率的微生物群映射，它是使用基于机器学习的二进制编码、光谱成像和解码来创建复杂群落中数百种微生物物种的位置和身份的微尺地图的一种通用技术。我们发现，10位HIPR-FISH可以区分1,023株大肠杆菌，每个荧光标记都有一个独特的二进制条形。HiPR-FISH结合用于单细胞图像自动探针设计和分析的自定义算法，揭示了抗生素治疗对小鼠肠道微生物群空间网络的破坏，以及人类口腔菌斑微生物群空间结构的纵向稳定性。结合超分辨率成像，HiPR-FISH显示了人类口腔微生物群分类所展示的核糖体组织的不同策略。HiPR-FISH为以单细胞分辨率分析环境微生物群落的空间生态提供了一个框架。
原名：Highly multiplexed spatial mapping of microbial communities
译名：微生物群落高度多路复用的空间映射
期刊：Nature
IF：42.778
发表时间：2020.12
通讯作者：Hao Shi和Iwijn De Vlaminck
通讯作者单位：美国康奈尔大学生物医学工程学院
DOI号：10.1038/s41586-020-2983-4.
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2983-4
ISME Journal
科研| The ISME Journal：低温含氧含氧地壳液的时空尺度下的转录组学揭示了微生物群落的运动和互营代谢
本文由话语无忧编译
美国斯托克顿大学自然与数学科学学院Lauren M. Seyler等人于2020年12月03日在The ISME Journal发表题为《Time-series transcriptomics from cold, oxic subseafloor crustal fluids reveals a motile, mixotrophic microbial community》的文章，本研究通过采集低温、山脊侧面环境中不同时间尺度的环境样本，通过宏基因组和宏转录组学重建了能代表海洋地壳热液循环过程中的动态微生物群落，挖掘了微生物群落中的代谢潜能，为洞悉海洋地壳生物地球化学循环提供了新的见解和思路。
摘要：海洋地壳含水层占地球上最大的栖息场所之一，蕴藏着影响全球尺度生物地球化学循环的微生物生命。本研究通过分析低温、山脊侧面环境中不同时间尺度的宏基因组和宏转录组学数据，发现它代表了海洋中全球大部分热液循环，能重建微生物的代谢潜能，转录本丰度和群落动态。同时还从最近收集的远离钻井干扰最远的流体中展示了源自宏基因组中的组装基因组。结果表明，North Pond含水层中的微生物群落在氧化地壳中有机碳中起重要作用。该运动型群落代谢灵活，同时兼具自养和异养途径，也能在低氧环境中利用其他电子受体（如：硝酸盐和硫酸盐）发挥作用。厌氧过程在含水层最深、与深海连接性最远的海底层中最为丰富，且采样层之间活跃的微生物种群几乎没有重叠。该研究突显了海底含水层中微生物生命的异质性，为海洋地壳生物地球化学循环提供了新的见解。
原名：Time-series transcriptomics from cold, oxic subseafloor crustal fluids reveals a motile, mixotrophic microbial community
译名：低温含氧含氧地壳液的时空尺度下的转录组学揭示了微生物群落的运动和互营代谢
期刊：The ISME Journal
IF：10.712
发表时间：2020.12
通讯作者：Lauren M. Seyler
通讯作者单位：美国斯托克顿大学自然与数学科学学院
DOI号：10.1038/s41396-020-00843-4
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41396-020-00843-4
科研| ISME Journal：宏基因组揭示牛瘤胃中存在降解多种木质纤维素的适应性动态微生物群落
本文由jacky编译
中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所的丁学智团队和澳大利亚麦格理大学的Ghasem Hosseini Salekdeh团队于2020年12月1日在The ISME Journal共同发表题为《Metagenomic analysis reveals a dynamic microbiome with diversified adaptive functions to utilize high lignocellulosic forages in the cattle rumen》的文章，本研究关注降解不同木质纤维素底物的牛瘤胃微生物组，通过宏基因组测序得到大量未培养细菌和古菌的MAGs。通过分析比较了不同微生物群落及关键功能基因，重点研究了碳水化合物代谢相关基因（CAZymes），揭示了降解特定的木质纤维素底物的特定微生物类群。为理解牛瘤胃微生物的功能多样性及生态互补性提供了重要的借鉴意义。
摘要：瘤胃微生物在反刍动物对植物物质的消化和利用中起着关键作用，对温室气体的排放具有重要意义。然而，人们对参与消化过程的关键微生物类群和潜在的功能基因知之甚少。在这里，作者对瘤胃瘘牛的六种不同木质纤维素生物附着的瘤胃微生物组进行了分析。从基因组水平上揭示了牛瘤胃中523个未培养细菌和15个大部分未培养的古菌的功能潜力。组装得到的基因组主要属于Bacteroidota，Firmicutes，Verrucomicrobiota和Fibrobacterota，这些基因组中富集了与木质纤维素聚合物降解和降解产物发酵为短链挥发性脂肪酸相关的基因。在瘤胃发酵过程中，作者还发现了从富营养类群向寡营养类群的转变，这可能对在复杂多变的瘤胃环境中降解难降解的木质纤维素底物具有重要意义。不同瘤胃微生物群对不同牧草的定殖表明，分类和代谢多样化是微生物对牛饲料中不同木质纤维素的进化适应。作者的数据也为理解独特的微生物类群及其功能基因在瘤胃难降解木质纤维素降解中的关键作用提供了新的见解。
原名：Metagenomic analysis reveals a dynamic microbiome with diversified adaptive functions to utilize high lignocellulosic forages in the cattle rumen
译名：宏基因组揭示牛瘤胃中存在降解多种木质纤维素的适应性动态微生物群落
期刊：The ISME Journal
IF：9.18
发表时间：2020.12.1
通讯作者：丁学智 和 Ghasem Hosseini Salekdeh
通讯作者单位：中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所 和 澳大利亚麦格理大学
DOI号：10.1038/s41396-020-00837-2
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41396-020-00837-2
mSystems
科研| mSystems：饮食和运动在肠道微生物-宿主共代谢中的作用研究
本文由萌依依编译
英国伦敦帝国理工学院医学院的O. O’Sullivan等人于2020年12月1日在mSystems发表题为《Investigating the Role of Diet and Exercise in Gut Microbe-Host Cometabolism》的研究文章，作者选取了运动员和不太运动的人（对照组）的粪便和尿液样本，研究了饮食和体育锻炼对新陈代谢和肠道微生物群的单独和联合影响，确定了膳食和运动影响宿主微生物群共代谢的规律。与饮食健康、体育锻炼或两者结合有关的每个模型都显示了独特的代谢和功能微生物特征，其中相当大一部分代谢物被识别为肠道微生物-宿主共代谢物。本研究揭示了饮食、锻炼、肠道微生物群和新陈代谢之间复杂的、多因素的关系。
摘要：选取运动员和不太运动的人（对照组）的粪便和尿液样本，根据他们的健康饮食习惯的客观评分和 1H-NMR尿谱对个人进行分类。随后这些分类模型被用来评估极端的饮食习惯、锻炼以及两者的综合影响，及比较两组间代谢表型和肠道菌群特征的差异。与饮食健康、体育锻炼或两者结合有关的每个模型都显示了代谢和功能微生物的特征，其中相当大一部分代谢物被识别为肠道微生物-宿主共代谢物。微生物多样性与高度坚持健康饮食习惯和身体锻炼相呼应，并与一系列不同的微生物衍生代谢物相关，包括蛋白分解活性的标志物。本研究通过使用客观的饮食评估评分控制了饮食混杂因素的影响，进一步揭示了饮食、锻炼、肠道微生物群和新陈代谢之间复杂的、多因素的关系。
关键词：膳食，锻炼，代谢，微生物组
原名：Investigating the Role of Diet and Exercise in Gut Microbe-Host Cometabolism
译名：饮食和运动在肠道微生物-宿主共代谢中的作用研究
期刊：mSystems
IF：6.633
发表时间：2020.12
通讯作者：O. O’Sullivan
通讯作者单位：英国伦敦帝国理工学院医学院
DOI号：10.1128/mSystems.00677-20
原文链接：
https://msystems.asm.org/content/5/6/e00677-20
科研| mSystems：协调和协助SARS-CoV-2/微生物群关系的研究
本文由Dr. he(何力宏)编译
Microbiome Centers Consortium COVID Committee（微生物中心联盟COVID委员会）于2020年12月1日在mSystems发表了题为《Coordinating and Assisting Research at the SARS-CoV-2/Microbiome Nexus》的文章。MCC是一个由微生物学术人员等组成的研究网络，其目标是共享策略和加速知识互换，以促进微生物群的整体研究。其希望利用美国各地微生物中心的优势和经验，以帮助应对COVID-19，包括协调设备可用性、优化和测试协议、就伦理审查和监管提供建议。其研究有助于揭示SARS-CoV-2与宿主相互作用的生物基础及COVID-19的发展和治疗。本文通过在线收集分析MCC成员间的讨论结果，确定了四种该中心可做出贡献的方式。
摘要：尽管COVID-19疫情是由病毒引起的，但其余的人类微生物群似乎与该病有关，并可能影响疫苗反应，同时也为靶向微生物治疗此病提供了机会。新成立的微生物中心联盟（Microbiome Centers Consortium, MCC）对其成员进行了调查，确定了在应对COVID-19大流行时利用微生物中心的四项优势和经验。为了满足这些需求，MCC将提供一个平台来协调临床和环境研究，协助解决实际障碍，并帮助沟通微生物组与COVID-19之间的联系。我们鼓励微生物组研究人员与我们一道努力应对当前的大流行。
关键词：COVID-19、MCC、SARS-CoV-2、微生物组
原名：Coordinating and Assisting Research at the SARS-CoV-2/Microbiome Nexus
译名：协调和协助SARS-CoV-2/微生物群关系的研究
期刊：mSystems
IF：6.633
发表时间：2020.12
发表（通讯）单位：Microbiome Centers Consortium COVID Committee
DOI号：10.1128/mSystems.00999-20
原文链接：
https://msystems.asm.org/content/5/6/e00999-20
SBB
科研| Soil Biology and Biochemistry：气候变暖对中高纬度泥炭地微生物群落的威胁：以有壳变形虫为例
本文由许茜编译
东北师范大学国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室吴东辉等人于12月2日在Soil Biology and Biochemistry发表题为《Warming threatens the microbial communities in middle-high latitude peatland: Evidence from testate amoebae》的文章，本研究利用开顶式气室（OTCs）增温装置在大兴安岭泥炭地开展了随机设置的六个控制点模拟增温实验，对变暖背景下多年冻土泥炭地中有壳变形虫群落与土壤环境变量间的动态关系进行了研究。该研究证明了气候变暖引起的温度和地下水位对有壳变形虫群落的变化反过来可能又会对中高纬度泥炭地微生物-碳-气候反馈产生影响。
摘要：有壳变形虫对诸如营养循环等地下生态过程具有重要的贡献，但是由于气候变暖的影响，科学家预测泥炭地中有壳变形虫的营养循环功能在下降。本文基于连续七年的原位升温实验对多年冻土泥炭地中有壳变形虫群落与土壤环境变量间的动态关系进行了研究。增温实验将有壳变形虫的生物量降低了41%。冗余分析表明有壳变形虫群落结构与地下水位深度、土壤温度（解释了群落结构变异量的10.1%）以及溶解有机碳（解释了2.2%的变异量）显著相关。我们的实验结果表明气候变暖改变了地下水位深度从而影响泥炭地中有壳变形虫群落，同时预估会对微生物食物网的稳定性产生影响并促进泥炭地生态系统的碳循环。
关键词：气候变暖、地下水位深度、原生动物、泥炭地退化、多年冻土区
原名：Warming threatens the microbial communities in middle-high latitude peatland:
Evidence from testate amoebae
译名：气候变暖对中高纬度泥炭地微生物群落的威胁：以有壳变形虫为例
期刊：Soil Biology and Biochemistry
IF: 5.795
发表时间：2020.12
通讯作者：吴东辉
通讯作者单位：东北师范大学国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室
DOI号：10.1016/j.soilbio.2020.108105
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071720304016
科研| Soil Biology and Biochemistry：土地利用类型、土壤微生物和植物性状对团聚体稳定性的交互作用
本文由杨帆编译
法国蒙彼利埃大学Luis Merino-Martín等人于2020年12月3日在Soil Biology and Biochemistry发表题为《Interacting effects of land use type, soil microbes and plant traits on aggregate stability》的文章，本研究通过两个试验，试验一，在田间试验中研究土壤、土地利用类型、植被和微生物群落的相互作用，试验结果可知团聚体稳定性和微生物群落组成之间高度相关。试验二，在实验室中不同类型土壤进行接种，结果发现，接种对各种类型土壤的团聚体稳定性的影响相似。本文为今后土壤、土地利用类型、植被和微生物群落的相互作用方面的研究提供了研究方法，
摘要：土壤团聚体对土壤功能至关重要，但在团聚体的形成中，生物因子所起到作用仍有许多不确定性。了解土壤、土地利用类型、植被和微生物群落的相互作用效应是一项重大挑战，需要在田间和可控的实验室条件，以及在块状和根际土壤中进行评估。为了了解这些效应及其相互作用，我们首先考察了沿土地利用梯度 (古林地、次生林地、草地、牧场和耕地) 的土壤、根系和典型凋落物对微生物群落结构 (大块土壤和根际土壤) 以及团聚体稳定性的影响。然后，我们做了一个接种试验，从耕地和次生林地提取土壤柱，将第三个非结构性壤土作为对照。我们对这三种土壤进行灭菌，使其没有微生物，然后将次生林地和耕地的土壤接种到灭菌后的土壤中。所有土壤类型的对照组均未接种。在完全交叉的设计中，我们种植了两个具有不同根系形态特征的物种: 短枝平台 (纤维系统，有许多细根) 和根荨麻 (主根系统，细根少)。4个月后，测定了微生物群落 (体积土壤和根际土壤) 和团聚体稳定性，以及根系性状。在田间和实验室试验中，通过高通量测序检测细菌 (16S) 和真菌(ITS) 的生物多样性。本实地研究发现：i) 团聚体稳定性和微生物群落组成之间的高度相关性,是受到土地使用的驱动，ii) 土地利用梯度上的团聚体稳定性与细菌群落营养物质之间不显著，但特定的土壤、根和凋落物参数的细菌门水平上，其中贫营养细菌受根际生态位的制约，而共生菌门则更依赖于土壤的整体条件，iii) 土地利用梯度(从林地到耕地)，腐生菌和外生菌根真菌的相对丰度降低，其中外生菌根真菌是随着子囊菌群相对丰度的增加而降低，以及担子菌群相对丰度的降低。在实验室的试验中我们发现: i) 将对照组已灭菌土壤中接种田间的土壤，显著提高了土壤的团聚体稳定性，其最初土壤结构不合理, ii) 无论是次生林地还是耕地，接种对团聚体稳定性的影响都是相似的，iii) 这些影响受到根长密度的显著影响。试验结果表明，微生物群落影响土壤结构，细菌群落与根际条件和根系特征 (其中根长密度是最相关的) 密切相关。
关键词：细菌、真菌、球囊霉素、麦角固醇、ITS、根系性状、根系、土壤结构 、16S
原名：Interacting effects of land use type, soil microbes and plant traits on aggregate stability
译名：土地利用类型、土壤微生物和植物性状对团聚体稳定性的交互作用
期刊：Soil Biology and Biochemistry
IF：5.795
发表时间：2020.12.3
通讯作者：Luis Merino-Martín
通讯作者单位：蒙彼利埃大学，法国
DOI号：10.1016/j.soilbio.2020.108072
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071720303680
Environmental Microbiology
科研| Environ.Microbiol.：硅藻的硝酸盐呼吸作用及昼夜迁移模式与沉积物中的微生物垫相关
本文由话语无忧编译
德国马克斯·普朗克海洋微生物研究所Judith Klatt等人于2020年12月02日在Environ. Microbiol. 发表题为《Nitrate respiration and diel migration patterns of diatoms are linked in sediments underneath a microbial mat》的文章，普遍认为大部分硅藻每天进行约5个小时的光合作用。本研究发现，昼夜光合作用后其他时间硅藻会通过协调迁移进去沉积物中的缺氧层，硅藻的昼夜深层迁移在时空上与DNRA的厌氧呼吸相耦合。传统上认为此类硅藻主要通过有氧光合作用进行生活，其实它们消耗了一天中大部分的光照时间在进行DNRA。与DNRA耦合硅藻的昼夜迁移动力学可从根本上塑造发光底栖生物领域的初级生产和生物可利用氮的预算。
摘要：硅藻是少数几种已知可存储硝酸盐（NO3-）并在无光和氧气的情况下将其用作呼吸电子受体的真核生物。通过采用显微观察和15N稳定同位素标记法研究了硅藻在Lake Huron (USA)下沉积物中的垂直迁移及其与光养微生物垫中的异养硝酸盐/亚硝酸盐还原成铵（DNRA）的关系。研究者发现，下午时硅藻在垫-水层迅速积累硝酸盐，且40%的硅藻会迁移至沉积物深处，一天中75%的时间处于黑暗厌氧环境中。此外，垂直空间中DNRA速率与硅藻丰度最大值呈正相关，表明DNRA是硅藻种群主要的能量生成代谢途径。因此，研究者认为光照下的氧化还原动力学生态系统可以定向选择能在无光照环境中存储硝酸盐以供呼吸的迁移硅藻。此研究暗示DNRA在反硝化作用方面的优势不能简单由动力学或热力学解释，相反，动态环境选择了迁移硅藻进行DNRA，并能与原有固着的反硝化菌竞争。
原名：Nitrate respiration and diel migration patterns of diatoms are linked in sediments underneath a microbial mat
译名：硅藻的硝酸盐呼吸作用及昼夜迁移模式与沉积物中的微生物垫相关
期刊：Environ. Microbiol.
IF：4.93
发表时间：2020.12
通讯作者：Elisa Merz；Judith Klatt
通讯作者单位：德国马克斯·普朗克海洋微生物研究所 Max-Planck-Institute for Marine Microbiology
DOI号：10.1111/1462-2920.15345
原文链接：
https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1462-2920.15345
科研| Environmental Microbiology：最古老和最深淡水湖中沿纬度和垂直梯度浮游生物原生生物群落的环境驱动因素
本文由萌依依编译
法国巴黎大学国家科学研究中心的Purificación López‐García等人于2020年12月03日在Environmental Microbiology发表题为《Environmental drivers of plankton protist communities along latitudinal and vertical gradients in the oldest and deepest freshwater lake》的研究文章，作者从沿海和远洋水域采集的样品，从表层到深层 (5-1400m)，沿着南北纬度梯度 (~600公里) 描述了浮游微生物真核生物群落的结构。结果表明复杂多样的原生动物群落由泡状动物 (纤毛虫和甲藻)、无色植物和冬虫科占组成优势，隐芽植物、触生植物、裸头类和端粒类为中等丰度，深度对原生生物群落分层有显著影响。相比之下，纬度梯度的影响是微乎其微的，沿海和地表开阔水域群落之间没有显著差异。共生网络分析表明上层群落比来自暗水柱的群落更紧密地联系在一起，这表明自养、异养和寄生种群之间存在着影响原生生物群落结构的特定生物相互作用。
摘要：确定哪些非生物和生物因素决定了微生物群落的组合，对于理解生态过程和预测群落将如何应对环境变化至关重要。作为地球上最古老、最深、面积最大的淡水湖，贝加尔湖提供了一个独特的机会来测试群落结构中水平和垂直梯度的影响。在这里，我们用18SrRNA基因编码的方法，从沿海和远洋水域采集的样品，从表层到深层 (5-1400m)，沿着南北纬度梯度 (~600公里)描述了浮游微生物真核生物群落的结构。结果表明复杂多样的原生动物群落由泡状动物(纤毛虫和甲藻)、无色植物和冬虫科占组成优势，隐芽植物、触生植物、裸头类和端粒类为中等丰度，典型的海洋成员，如双线虫、联体动物和放射虫低频出现。深度对原生生物群落分层有显著影响。相比之下，纬度梯度的影响是微乎其微的，沿海和地表开阔水域群落之间没有显著差异。共生网络分析表明上层群落比来自暗水柱的群落更紧密地联系在一起，这表明自养、异养和寄生种群之间存在着影响原生生物群落结构的特定生物相互作用。由于气候变化正在迅速影响西伯利亚和贝加尔湖，我们全面的原生生物调查是监测正在发生的群落变化的有用参考。
关键词：贝加尔湖；原生生物；18S rRNA基因变位编码；海淡水过渡；光分层；网络分析
原名：Environmental drivers of plankton protist communities along latitudinal and vertical gradients in the oldest and deepest freshwater lake
译名：最古老和最深淡水湖中沿纬度和垂直梯度浮游生物原生生物群落的环境驱动因素
期刊：Environmental Microbiology
IF：4.933
发表时间：2020.12
通讯作者：Purificación López‐García
通讯作者单位：法国巴黎大学
DOI号：10.1111/1462-2920.15346
原文链接：
https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1462-2920.15346
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