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第一次全球土壤基因组学调查揭示了真菌和细菌之间的战争

2019-04-03 09:59:42 • 来源：

土壤充满生命，对养分循环和碳储存至关重要。为了更好地理解它的功能，由EMBL和塔尔图大学(爱沙尼亚)领导的国际研究小组进行了第一次全球土壤中细菌和真菌的研究。他们的研究结果表明，细菌和真菌一直在争夺营养物质，并产生抗生素库以获得优势。该研究还可以帮助预测气候变化对土壤的影响，并帮助我们更好地利用农业中的天然土壤成分。Nature于2018年8月1日公布结果。

第一次全球土壤基因组学调查揭示了真菌和细菌之间的战争

对土壤微生物组的研究需要科学家们弄脏他们的手。在五年的时间里，从世界各地的1450个地点(每个地点40个子样本)收集了58.000个土壤样本，这些样本经过精心挑选，不受农业等人类活动的影响。第一作者Mohamad Bahram(塔尔图大学)和Falk Hildebrand(EMBL)以及一个庞大的合作者团队建立了这个庞大的项目，收集了样本，并分析了14.2 TB的数据集。在1450个抽样地点中，有189个被选中进行深入分析(见图1)，涵盖了世界上最重要的生物群落，从热带森林到各大洲的苔原。

全球微生物战争

本研究中发现的数百万基因中只有一半与来自肠道和海洋微生物组的现有数据重叠。“未知基因的数量是压倒性的，但我们能够解释的基因明确指出了土壤中细菌和真菌之间的全球战争，”EMBL组织负责人，该论文的通讯作者Peer Bork说。

总体而言，如果真菌相对较多，土壤中的细菌多样性较低。该团队还发现细菌中抗生素抗性基因的数量与真菌数量之间存在密切联系，特别是那些有抗生素生成潜力的菌株，如青霉菌。Falk Hildebrand：“这种模式很好地解释了真菌在与细菌作战时产生抗生素这一事实，只有具有足够抗生素抗性基因的细菌才能存活下来。”

“真菌和细菌之间的拮抗作用会影响细菌群落的整体多样性，并决定其抗生素抗性的基因库”，Mohamad Bahram说。该信息可用于预测导致不同生态系统中抗生素抗性的基因的传播，以及它们可能通过何种途径到达人类病原体。它还可以帮助预测和确定高水平天然抗生素生产者的位置。

区域差异

该团队还发现了细菌和真菌分布的区域差异。细菌无处不在，温带地区的遗传多样性最高，气候温和。温度等环境因素的相对丰度最具决定性：它们通常偏好炎热和潮湿的地方。真菌通常在像苔原这样较冷和干燥的气候中更为普遍。它们在地理上也受到更多的限制，各大洲之间的人口也存在差异。这意味着细菌和真菌对养分循环的相对贡献在世界范围内是不同的，并且全球气候变化可能以不同方式影响它们的组成和功能。

人类活动的影响

当将未受破坏的土壤地点的数据与受人类影响的地点(如农田或花园草坪)的数据进行比较时，细菌，真菌和抗生素之间的比例完全不同。据科学家们说，这种自然平衡的转变 - 可能是在地球大部分历史上演变而来 - 表明人类活动对土壤微生物组的影响，到目前为止还有未知的后果。然而，更好地理解和真菌之间的相互作用的细菌在土壤中可能有助于减少使用土壤的肥料在农业，作为一个可以给有益微生物的存活机会在自然环境中。

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