特定生长阶段的蓝细菌能量传递机制及异养生物提供的支持，是生物结壳碳积累的基础

《ISME Communications》：Stage-specific Cyanobacterial Handoffs and Heterotrophic Subsidies Underpin Biocrust Carbon Accumulation

　　

摘要

接种蓝藻是一种广泛采用的策略，用于加速生物结皮的形成并恢复干旱土壤的功能，然而在季节性胁迫下维持微生物生物量碳（MBC）积累的原位机制仍然知之甚少。在此，我们将野外接种实验与多组学分析（扩增子测序、宏基因组学、宏转录组学和宏蛋白质组学）以及基因组规模的代谢建模相结合，以追踪中国Hopq沙漠中诱导形成的蓝藻生物结皮的周年发展过程。虽然接种的Konicacronema菌株（前称为Microcoleus）保持了显著的分类优势，但宏转录组学和宏蛋白质组学数据揭示了功能上的显著转变。Microcoleus类群通过氧化戊糖磷酸途径和酶促抗氧化系统推动了快速的初始生物结皮形成，而Oscillatoria则在更严酷的季节性变化期间通过增强光吸收、循环电子传输和非酶促光保护机制实现了转录上的优势。基因组规模的代谢建模预测，优势蓝藻主要作为净进口者，从异养伙伴那里获取氨基酸、维生素、细胞壁前体和磷酸盐，同时提供无机硫和铁硫簇。共现网络和生命周期分析进一步表明，MBC的维持与从以生长为导向的资源动员向以获取为导向的策略转变有关，这一转变由ABC转运蛋白介导。结构方程建模证实，太阳辐射和土壤盐度通过影响蓝藻的组成以及光养同化与资源获取策略之间的平衡，间接调控了MBC的积累。这些发现表明，生物结皮中碳的积累是由蓝藻群落之间的时间功能分工以及异养伙伴的代谢支持所维持的，而不是由单一先驱菌株的持续活动所驱动的，并为设计用于干旱地区恢复的具有韧性和多功能性的合成接种剂提供了基于特征的路线图。

图形摘要

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