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
? 土壤微生物群是調節(jié)磷循環(huán)過程的關鍵因素。鑒定溶磷細菌并利用它們來釋放與土壤礦物結合的頑固性磷酸鹽對改善作物養(yǎng)分獲取和農田生產力有重要意義。在本研究中，我們結合功能宏基因組學和擴增子測序來研究退耕還林和農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鍵微生物類群。通過農業(yè)管理操縱關鍵溶磷微生物的豐度將服務于磷肥的高效利用。
主要內容
? 提高土壤微生物磷溶解潛力是提高農業(yè)可持續(xù)性的一個有前景的策略，而微生物響應和適應不同土壤磷有效性的相關機制依然有待研究。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鍵因子。Membrane-bound quinoprotein glucose dehydrogenase(PQQGDH)和exopolyphosphatases(PPX)是農業(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測因子。我們從農業(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gcd基因，還含有編碼低親和力磷轉運的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gcd，因此代表了一種磷高效轉運獲取策略。通過了解農田系統(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)聯系起來。
主要結果
FIG 4 Abundance of phosphorus transformation-related genes in agricultural and reforestation soils.
https://journals.asm.org/doi/10.1128/msystems.01107-21