中科院城市环境所/生态环境中心朱永官院士团队ES&T：生物相互作用调节土壤功能方面的新进展

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研究亮点

1. 生物相互作用显著影响了稀有微生物群落。

2. 捕食增强了碳氮循环相关基因的丰度。

3. 稀有微生物群落是土壤功能基因富集的重要驱动因素。

4. 与竞争相比，捕食对稀有微生物、功能基因和微生物代谢的影响更大。

5. 长期施用有机肥增加了土壤对动物相互作用的抵抗力。

文章摘要

土壤微生物是陆地生物地球化学循环的主要驱动力，促进土壤有机质的周转。然而，土壤动物对微生物群落的影响仍然知之甚少。我们通过将动物之间的竞争和捕食引入两个具有不同施肥历史的土壤生态系统来研究土壤微生物组的动态。这种相互作用显著影响了包括细菌和真菌在内的稀有微生物群落。捕食增强了碳氮循环相关基因的丰度。稀有微生物群落是土壤功能基因富集的重要驱动因素。确定了关键的稀有微生物分类群，包括SM1A02、Gammaproteobacteria 和HSB_OF53-F07。代谢组学分析表明，功能基因丰度的增加可能是由于土壤动物相互作用介导的特定微生物代谢活动。与竞争相比，捕食对稀有微生物、功能基因和微生物代谢的影响更大。长期施用有机肥增加了土壤对动物相互作用的抵抗力。这些发现提供了对土壤生物相互作用下微生物群落动态的全面理解，强调了土壤动物在陆地生态系统中的竞争和捕食作用。

文章结论

1. 研究为土壤食物链自上而下调控对土壤微生物及其功能的影响提供了有价值的见解。

2. 与整体微生物群落结构相比，稀有土壤微生物群落对土壤动物间生物相互作用的影响更为敏感。

3. 在土壤动物中引入捕食导致了稀有细菌群落的响应，导致土壤功能基因的相对丰度增加，特别是与C/N循环有关的基因。

4. 关键的稀有分类群，如SM1A02、Gammaproteobacteria和HSB_OF53-F07，被确定为功能基因增加的潜在驱动因素。

5. 强调了自上而下的营养级联在塑造土壤生态系统动态中的重要作用，以及土壤动物在驱动全球元素循环中的重要性。

图 1. 根据Bray–Curtis距离绘制的（a）不施肥土壤和（b）施肥土壤中稀有微生物ASVs的主坐标分析 (PCoA) 图。

图 2. 堆积条形图和三元图显示了土壤动物生物相互作用中稀有细菌（a）和真菌（b）ASVs的总相对丰度和分布。

图 3. 热图、主坐标分析（PCoA）图和方差分析显示了未施肥（a）和施肥（b）土壤中生物相互作用中功能基因的模式。

图 4. 结构方程模型评估土壤动物、稀有微生物丰度和群落之间不同相互作用对土壤功能基因丰度的直接和间接影响。

图 5. 不施肥土壤（a）和施肥土壤（b）中上调代谢物的表达谱、VIP和KEGG分析。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acs.est.4c00375

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