中国大叶藻草床微生物群落的生物地理格局：纬度与微栖息地的双重调控机制

《Microbiome》：Exploring the biogeographical patterns and driving mechanisms of microbial communities in four microhabitats of Zostera japonica beds

　　

摘要

背景

理解植物相关微生物群落在多尺度上的空间分布模式及其驱动机制，对于揭示植物影响下微生物多样性的产生与维持至关重要。然而，目前关于海草相关微生物生物地理格局的大规模证据仍然匮乏。本研究对中国 Zostera japonica（大叶藻）草床中的四种微栖息地（海水、叶面圈、根际圈和沉积物）的微生物群落进行了测序，生成了480个扩增子测序数据集和40个宏基因组。后续分析探索了这些微栖息地中微生物群落的结构和功能潜力。

结果

微生物群落表现出显著的空间分布模式，其特征为纬度分布模式和距离衰减关系。尽管零模型结果表明随机过程在 Zostera japonica 草床微生物群落的构建中占主导地位，但NST分析揭示了随着纬度增加，根际细菌群落组装从随机性向确定性转变的趋势。响应比和广义加法模型（GAM）分析进一步表明细菌和真菌群落对环境因素存在差异性响应，说明在不同微栖息地中，特定的环境驱动因子对微生物类群存在选择性调控作用。功能分析发现，参与氮和硫代谢的关键基因（如nirS、norBC、cysNDCH和cysJI）在注释微生物中表现出纬度梯度变化和微栖息地特异性差异。例如，在北部采样点发现的cysC基因来源于放线菌门（Actinomycetota）、变形菌门（Bacteridota）和蓝细菌门（Cyanobacteriota），而在南部采样点中则主要来源于弯曲杆菌门（Campylobacterota）和假单胞菌门（Pseudomonadota），突显了微生物对环境异质性的功能适应性。

结论

本研究是首个对海洋大型植物相关微生物群落生物地理格局的系统性调查，不仅阐明了Zostera japonica草床微生物组的多尺度分布模式，还建立了纬度和微栖息地双重调控微生物群落的理论框架。这些发现为进一步研究微生物与海草之间的相互作用以及生物地球化学循环的潜力提供了新的见解，有助于理解海草生态系统在不同环境压力下的适应策略以及微生物群落如何响应这些胁迫因子。这些信息对于评估海草床的健康状况、预测其对环境变化的响应以及基于科学证据制定有效的保护和管里措施至关重要。

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