中国沿海潮间带多样的微生物群落支持多种功能冗余模式

《Microbiome》：Diverse microbial communities support multiple patterns of functional redundancy in tidal flats across the Chinese coastline

　　

摘要

背景

潮间带是至关重要的过渡生态系统，其中的微生物群落驱动着关键的生物地球化学过程，同时适应着剧烈的环境波动。然而，这些群落如何在高度动态的潮间带环境中维持功能稳定性的机制仍知之甚少。

结果

在本研究中，我们分析了来自中国沿海92个沿岸站点的276个潮间带样本，以探讨微生物多样性与群落功能之间的关系。我们的结果显示，中国沿海不同区域的微生物群落存在显著的空间变异性。尽管纬度和地理距离具有一定的可检测效应，但群落周转主要受环境过滤和随机组装过程的支配，其中温度是一个关键的环境驱动因子。尽管物种多样性差异巨大，但不同区域的微生物群落功能却相对相似，这表明存在功能冗余。通过使用一种新的框架来量化冗余在不同微生物功能和群落中的变化，我们揭示了潮间带主要生物地球化学功能冗余的顺序为碳 > 硫 > 氮代谢。我们还识别出三种不同的冗余模式：高冗余、低冗余和纬度相关冗余。通过鉴定每种功能背后的贡献者组成，我们进一步揭示，潮间带生态系统中的功能冗余是由功能基因在不同微生物谱系中的分布所塑造的，而泛化种与专化种之间平衡的偏移有助于解释所观察到的冗余模式多样性。

结论

本研究提供了一种定量框架，用于界定微生物功能冗余及其底层贡献者组成。通过将这一框架应用于跨越四个气候带的中国沿海潮间带，我们揭示了不同的功能冗余模式，并阐明主要功能贡献者的转变会改变冗余模式。这些发现凸显了贡献者组成在决定潮间带微生物组稳定性和恢复力中的关键作用。

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