以基因組為中心的宏基因組學(xué)揭示了土壤微生物組中的不同磷獲取策略
研究背景
? 土壤微生物群是調(diào)節(jié)磷循環(huán)過程的關(guān)鍵因素。鑒定溶磷細菌并利用它們來釋放與土壤礦物結(jié)合的頑固性磷酸鹽對改善作物養(yǎng)分獲取和農(nóng)田生產(chǎn)力有重要意義。在本研究中，我們結(jié)合功能宏基因組學(xué)和擴增子測序來研究退耕還林和農(nóng)田土壤中的微生物磷循環(huán)過程。這兩種生態(tài)系統(tǒng)的微生物磷獲取策略存在顯著差異。農(nóng)田土壤以微生物磷溶解策略為主，而退耕還林中土壤微生物則通過高效磷酸鹽轉(zhuǎn)運策略來獲取缺乏的磷資源。我們進一步鑒定了能夠增強磷溶解的關(guān)鍵微生物類群。通過農(nóng)業(yè)管理操縱關(guān)鍵溶磷微生物的豐度將服務(wù)于磷肥的高效利用。
主要內(nèi)容
? 提高土壤微生物磷溶解潛力是提高農(nóng)業(yè)可持續(xù)性的一個有前景的策略，而微生物響應(yīng)和適應(yīng)不同土壤磷有效性的相關(guān)機制依然有待研究。通過以基因組為中心的宏基因組學(xué)和擴增子測序方法，我們研究了農(nóng)田系統(tǒng)和退耕還林系統(tǒng)中土壤磷循環(huán)的微生物機制。土壤有效磷是影響農(nóng)田系統(tǒng)和退耕還林系統(tǒng)的細菌和真菌群落組成和功能的關(guān)鍵因子。Membrane-bound quinoprotein glucose dehydrogenase(PQQGDH)和exopolyphosphatases(PPX)是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中主導(dǎo)的微生物磷溶解基因。相比之下，glycerol-3-phosphate transporters(ugpB、ugpC和ugpQ)在退耕還林系統(tǒng)的土壤中表現(xiàn)出顯著更高的豐度。編碼PQQGDH的gcd基因是土壤有效磷的最重要預(yù)測因子。我們從農(nóng)業(yè)土壤中獲得了屬于Cyclobacteriaceae和Vicinamibacterales的宏基因組組裝基因組(MAGs)。這些MAGs不僅含有g(shù)cd基因，還含有編碼低親和力磷轉(zhuǎn)運的pit基因。從退耕還林土壤中獲得的MAGs屬于Microtrichales和Burkholderiales。這些基因組包含ugp和pst基因，但沒有g(shù)cd，因此代表了一種磷高效轉(zhuǎn)運獲取策略。通過了解農(nóng)田系統(tǒng)和退耕還林土壤之間不同的微生物磷獲取策略，有助于將微生物過程與磷循環(huán)聯(lián)系起來。
主要結(jié)果
FIG 4 Abundance of phosphorus transformation-related genes in agricultural and reforestation soils.
https://journals.asm.org/doi/10.1128/msystems.01107-21