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Science刊发世界首份优势土壤细菌地图

来源:环境修复论坛 2018-02-23 09:06:34

2018年1月19日出版发行的最新一期《科学》(Science)期刊登载了由欧盟研究理事会(ERC)资助的、西班牙胡安·卡洛斯大学费尔南德?麦斯特雷等人合作完成的报告《全球优势土壤细菌地图》(A global atlas of the dominant bacteria found in soil)。

土壤细菌在调节陆地碳动态、养分循环和植物生长方面起着关键作用,但是土壤细菌群的巨大多样性阻碍了人类对其自然历史和分布进行有效记载。该项研究分析了来自六大洲237个地区的土壤,发现只有2%的、约500个细菌种群一直占据着世界范围内土壤细菌群的近半数;尽管细菌种类极其丰富,但能在世界各地土壤中富集的细菌种类相对偏少。研究人员将这些优势细菌种类归入其生态类群,建立了世界第一份土壤细菌群落地图。

这一成果把极其丰富的细菌种群数量减少到“最受欢迎”的程度,为今后研究人员开展旨在更好理解土壤微生物及其对生态系统的作用相关基因和养殖研究提供帮助。

研究目的

(1)确定世界范围内最占优势的(即最丰富的和无处不在的)土壤细菌系统型;
(2)确定这些类型里面哪些显著的特性趋向于共同发生并且具有相似的环境偏好;
(3)绘制全球主要土壤细菌的生态群的丰度;
(4)评估区分具有不同环境偏好的系统型的基因组属性。

研究材料

作者选取六大洲(没有去南极洲采样)18个国家237个地点的土壤样品,这些土壤包括多种生态系统类型:森林、草原和灌木,同时覆盖了很多气候区:干旱地带、温带、热带、大陆性和极地生态系统。这些地区的年平均降水及温度分别在67-3085mm以及-11.4℃-26.5℃。

研究结果(摘录)

1

全球优势土壤细菌群落的丰度及组成



图1全球主要土壤细菌系统型的丰度和组成。

 

从上图我们不难发现:只有2%(25224个系统型中的511个)的细菌种群一直占据着世界范围内土壤细菌群落的近半数。在所有样品中,这种少量的系统型平均占16S rRNA基因序列的41%,它们在一些环境中占据了一半以上的细菌群落(例如,在森林环境中,图1B)。换一种说法,大多数土壤细菌系统型是罕见的,丰度相对较低,但其中许多是在土壤中广泛发现的。

2

优势群落的系统发生树

图2包含了分类信息的主要土壤细菌系统性的系统发生树

不出所料,与先前培养的分类群密切相关的系统发生类型往往来自一些研究透彻的分类群,主要是变形杆菌和放线菌,只有少数代表来自其他门(图1C和2B),突出了我们对已有的分离培养的菌株的分类有很多严重的众所周知的偏见。

3

优势群落栖息地偏好性

图3优势土壤细菌系统型的栖息地偏好。

这些发现与先前的研究结果一致,表明气候因子和土壤pH值通常与观测到的土壤细菌群落组成的差异高度相关,另外,作者还发现微生物群落组成和植物生产力之间有很强的联系。

4

优势细菌的全球分布

图4土壤中的优势细菌全球地图集


通过这项研究,我们已开始打开黑盒子,并且正在更好地理解生活在我们的土壤中的微生物。他们的研究将为数极大的细菌分类群精简成一个仅含有500余种细菌的小名单,这500余种细菌将成为科学家了解土壤微生物及其对生态系统功能影响的重要研究目标。


参考文献:
Delgado-Baquerizo M, Oliverio A M, Brewer T E,et al. A global atlas of the dominant bacteria found in soil[J]. Science, 2018,359(6373): 320-325.

END