2021-02-24 08:49:52
近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所農(nóng)業(yè)微生物資源團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出并驗(yàn)證了一種新的評(píng)估微生物群落穩(wěn)定性的平均變異度指數(shù)，將群落穩(wěn)定性指數(shù)化，揭示了土壤微生物的氮磷代謝的特殊性生態(tài)功能和相關(guān)細(xì)菌類(lèi)群在維持微生物群落穩(wěn)定中的重要作用。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《微生物組(Microbiome)》上。
據(jù)張瑞福研究員介紹，土壤微生物活動(dòng)是驅(qū)動(dòng)土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的重要因素，土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的可持續(xù)性取決于土壤微生物組的穩(wěn)定性。近年來(lái)，土壤微生物多樣性損失對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的威脅在國(guó)際上廣受關(guān)注，微生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能穩(wěn)定性的相關(guān)研究成為熱點(diǎn)。
研究團(tuán)隊(duì)基于土壤微生物群落高通量測(cè)序數(shù)據(jù)，提出并驗(yàn)證了一種新的評(píng)估微生物群落穩(wěn)定性的平均變異度指數(shù)(Average Variation Degree, AVD)，將群落穩(wěn)定性指數(shù)化，該模型具有不受組內(nèi)樣本數(shù)量限制的優(yōu)點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，隨土壤微生物多樣性下降，群落平均變異度指數(shù)提高，穩(wěn)定性降低。構(gòu)建隨機(jī)森林機(jī)器學(xué)習(xí)模型分析了微生物群落的功能基因組成，發(fā)現(xiàn)土壤“氮代謝”和“磷代謝”相關(guān)的功能基因是決定群落穩(wěn)定性的最關(guān)鍵功能;同時(shí)，構(gòu)建功能基因共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)這些關(guān)鍵功能基因也是網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵樞紐成員，這些樞紐功能基因隨微生物多樣性下降而減少，導(dǎo)致共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模塊性降低，穩(wěn)定性下降。進(jìn)一步對(duì)“氮磷代謝”功能基因進(jìn)行物種注釋發(fā)現(xiàn)，所有細(xì)菌類(lèi)群的相對(duì)豐度都隨微生物多樣性下降而降低，其中以硝化螺旋菌屬(氮代謝)和芽單胞菌屬(磷代謝)為代表的類(lèi)群可能是維持土壤微生物群落穩(wěn)定的核心成員。該研究對(duì)破譯土壤微生物多樣性和系統(tǒng)生態(tài)功能之間的關(guān)系具有重要的指導(dǎo)意義，可以為未來(lái)調(diào)控土壤微生物組促進(jìn)土壤生態(tài)功能的穩(wěn)定發(fā)揮提供理論指導(dǎo)。
該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)農(nóng)科院創(chuàng)新工程、中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程等項(xiàng)目資助。(通訊員 金云翔)
論文鏈接：
https://doi.org/10.1186/s40168-020-00985-9
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