子委员会分析：将微生物群落的功能分解为不同分类群的特定贡献及相互作用背景

《Microbiome》：SubCom analysis: dissecting microbial community functions into taxon-specific contributions and interaction contexts

　　

摘要

背景

微生物群落在工业过程和生态系统稳定性中起着关键作用。然而，要理解单个微生物及其相互作用如何形成群体功能仍具挑战性，因为这些功能源于不同微生物之间的复杂相互作用。

研究结果

在本研究中，我们开发了SubCom分析方法，这是一种基于亚群落的实验-计算流程，可用于推断微生物群落功能背后的特定分类群贡献及相互作用机制。以能够降解苯胺的微生物群落为研究对象，我们通过稀释分配策略构建了558个随机组成的低复杂性亚群落，并获得了相应的组成-功能数据对。随后，我们利用决策树模型根据组成数据预测群落功能，取得了较高的预测精度（r?=?0.77–0.89）。通过对所学决策规则的解读，我们发现了具有稳定功能关联的分类群：某些特定的Pseudomonas和Acinetobacter分类群与群落层面更高的苯胺利用率相关，而尽管Achromobacter被认为参与后续代谢过程，但其却与负向关联相关。模型还揭示了潜在的功能相互作用，例如在存在Corynebacterium分类群时，Pseudomonas和Acinetobacter的正向贡献会被削弱，这体现了仅通过基因组分析难以发现的功能关系。通过使用代表性分离株进行的补充实验，进一步验证了部分预测结果，并有助于有针对性地提升群落功能。

结论

这些结果表明，SubCom分析方法可作为一种实用框架，用于探究复杂非合成微生物群落中各分类群的特定贡献及其相互作用机制。

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