以基因組為中心的宏基因組學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