海洋细菌浮游生物的组成可预测溶解有机物降解实验过程中的氧气消耗情况

《Environmental Microbiology》：Marine Bacterioplankton Composition Predicts Oxygen Consumption During Dissolved Organic Matter Degradation Experiments

微生物群落结构对溶解有机物降解过程中氧消耗的预测作用及关键类群研究。通过四年实验数据整合多组学分析和统计建模，发现变形菌纲等微生物对氧消耗贡献显著，其分类学特征可解释68%的变异，为沿海碳循环研究提供新方法。

　　

摘要

微生物群落在海洋生物地球化学中发挥着关键作用，但将其组成与生态系统功能联系起来仍然是一个重大挑战。在这项研究中，我们展示了细菌浮游生物分类组成在解释溶解有机物（DOM）降解过程中氧气消耗方面的预测能力。利用4年的实验数据，我们将“组学”技术与统计建模相结合，应用特征选择和降维方法，开发出了具有高预测准确性的线性回归模型。我们的框架还识别出了驱动氧气消耗的关键微生物群落，包括那些在DOM处理方面具有不同能力的分类单元，以及最近被证明具有不同呼吸速率的微生物。黄杆菌目（Flavobacteriales）被确定为氧气消耗的主要贡献者，这突显了它们在营养丰富、生产力高的沿海系统（通常被称为“绿色海洋”）中的生态重要性。它们在不同氧气消耗类别中的持续优势表明了它们在这些环境中维持生态系统功能的关键作用。除了氧气消耗之外，该框架还为研究微生物驱动的生物地球化学过程提供了一个多功能工具。通过将群落组成与生态系统功能联系起来，我们的研究推动了预测微生物生态学的发展。这些发现加深了我们对微生物对海洋碳循环和氧循环贡献的理解，提高了我们预测它们对环境变化反应的能力。

图形摘要

我们进行了50次DOM生物降解实验，并进行了微生物群落分析，以测试细菌浮游生物的分类和功能组成是否能够解释氧气消耗。仅通过分类学信息就解释了68%的变异，准确预测了氧气消耗的值和类别。研究结果强调了微生物群落结构在沿海碳循环中的预测能力。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持此处研究结果的数据可通过开放科学框架存储库（https://osf.io/9aupw/files/osfstorage）获取。测序数据已存入欧洲核苷酸档案库（ENA）（标识符PRJEB85301），也可在μSudAqua数据库（Metz等人，2022）中找到。支持此处研究结果的R代码可通过开放科学框架存储库（https://osf.io/9aupw/files/osfstorage）获取。用于生物信息学处理的自定义流程可在GitHub（https://github.com/pereiramemo/）上找到。