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为探究真菌和细菌间相互作用及其对土壤碳循环影响，研究人员利用13C定量稳定同位素探测（qSIP）和跨域共现网络，研究加州草原土壤。发现 54 种细菌 ASVs 和 9 种真菌 OTUs 显著13C富集，明确了部分真菌 - 细菌互作关系，有助于理解土壤真菌 - 细菌互作机制。
在土壤的微观世界里，真菌和细菌就像一群忙碌的 “小居民”，它们共同生活在土壤这个大家庭中，彼此之间有着千丝万缕的联系。这些微小的生物对于土壤的生态功能至关重要，它们参与着植物残体的分解、养分的循环等重要过程，尤其是在土壤碳循环方面，真菌和细菌的相互作用扮演着关键角色。然而，长期以来，科学家们虽然知道它们之间存在相互作用，但对于这些相互作用具体是怎样的，以及参与其中的微生物伙伴究竟是谁，在自然环境下仍未完全明确。这就好比我们知道森林里有很多动物相互影响，但却不清楚它们之间具体的互动细节和关系一样。这种认知的缺失，使得我们难以深入理解土壤生态系统的运行机制，也限制了我们在农业、环境保护等领域的应用。为了填补这一空白，来自美国夏威夷大学马诺阿分校、加利福尼亚大学伯克利分校以及劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员，开展了一项极具意义的研究。他们的研究成果发表在《Microbiome》杂志上，为我们揭开了土壤中真菌和细菌相互作用的神秘面纱。
研究人员主要运用了两种关键技术方法：一是定量稳定同位素探测（qSIP）技术，通过追踪13C标记的同位素，来确定哪些微生物在利用植物固定的碳；二是跨域共现网络分析，用于识别潜在的真菌 - 细菌相互作用伙伴。研究人员在加州的一片草原上开展实验，利用装有石英砂的生长袋（ingrowth bags），这种袋子可以截留真菌及其菌丝相关的细菌，从而将真菌 - 细菌的相互作用与土壤背景隔离开来。同时，对植物进行13CO2标记，以追踪碳的流向。
研究结果如下：
- 微生物的13C富集情况：经过 8 天的13CO2标记后，研究人员在生长袋的微生物中检测到了13C富集的证据。在众多观测到的微生物中，最终确定了 54 个细菌扩增子序列变异（ASVs）和 9 个真菌操作分类单元（OTUs）显著13C富集。这些富集的微生物涵盖了腐生和寄生真菌，以及一些具有运动能力，甚至具有捕食特性的细菌。例如，在真菌中，子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）的13C富集程度较高；在细菌中，放线菌门（Actinobacteriota）、拟杆菌门（Bacteriodota）、蛭弧菌门（Bdellovibrionota）、变形菌门（Proteobacteria）和疣微菌门（Verrucromicrobiota）等是13C富集较多的门类。
- 真菌 - 细菌相互作用网络：研究人员分别构建了总微生物群落（12C）网络和13C富集群落网络。结果发现，13C富集群落网络比总微生物群落网络具有更高的复杂性，节点更少但边更多，真菌 - 细菌链接也更多。在13C富集群落网络中，6 个13C标记的真菌 OTUs 与细菌相连，46 个13C标记的细菌 ASVs 与真菌相连。例如，链格孢属（Alternaria）的一个真菌 OTU 与食菌蛭弧菌属（Bacteriovorax）、黏液杆菌属（Mucilaginibacter）和黄杆菌属（Flavobacterium）的几个细菌 ASVs 之间存在显著的正相关链接，表明它们之间可能通过碳交换存在直接相互作用。同时，研究还发现蛭弧菌门的捕食性细菌与真菌 OTUs 之间存在很强的正共现模式，这暗示着碳在土壤食物网中的转移。
在研究结论和讨论部分，研究表明生长袋系统有效地富集了与真菌相互作用的细菌，尽管面临一些挑战，但它为研究土壤真菌、相关细菌以及真菌 - 细菌相互作用中的碳动态提供了一个有利的环境。通过对不同营养类型真菌的分析发现，腐生真菌和寄生真菌都可能通过与菌丝际微生物群落的相互作用，将植物来源的碳分配和释放到根际以外的区域。而与之前的研究对比可知，不同的土壤微生物群落组成与土壤环境的复杂性以及与真菌菌丝的直接联系程度有关。此外，同位素标记的跨域网络分析能够更精确地预测真菌 - 细菌的相互作用，通过网络链接的类型（正相关或负相关）可以推断相互作用的模式。不过，该研究也存在一定的局限性，例如样本重复数较少，未对细菌 - 细菌、真菌 - 真菌相互作用以及土壤食物网中的其他生物进行深入研究等。但总体而言，这项研究通过将 qSIP 和跨域共现网络分析相结合，为我们理解土壤中真菌 - 细菌相互作用的机制提供了重要的依据，让我们朝着揭示土壤生态系统复杂奥秘的方向又迈进了一步，为后续进一步研究土壤微生物生态、优化土壤管理以及促进农业可持续发展等提供了关键的理论基础。
