周报 | 微生物重要期刊最新研究进展（20201130）
Nature
科研| Nature：肠道微生物菌群与人类免疫细胞动力学有关
本文由艾奥里亚编译
美国NYU Langone Health的Jonas Schluter等人于2020年11月25日在Nature发表题为《The gut microbiota is associated with immune cell dynamics in humans》的文章，该研究通过探究肠道微生物菌群与人体外周免疫细胞计数日常变化之间的关系，有效的将人体肠道微生物菌群与免疫系统的动态联系起来。尽管缺乏淋巴细胞和其他免疫细胞亚型等详情，但该研究直接在患者机体进行研究，添补了目前在微生物群研究的重要空白：基于动物模型的微生物群-免疫相互作用研究与临床数据之间的相关性。该研究结果表明，微生物菌群会影响人体的系统免疫，其研究结果为微生物菌群靶向干预措施以改进免疫治疗和免疫介导性和炎症性疾病的治疗打开了大门。
摘要：肠道微生物菌群影响哺乳动物免疫系统的发育和稳态，并与人类炎症性疾病和免疫疾病有关，同样肠道微生物菌群也与人体对免疫疗法的响应有关。然而，我们对肠道细菌如何调节免疫系统的了解仍然有限，特别是在人类中，我们无法基于实验的方法直接在人体上验证推断的真实性。本研究中，我们对数百名接受造血细胞移植的且密切监测的癌症患者（基于化疗和干细胞移植使这些患者有效的恢复过来）进行临床观测。这种积极的治疗导致了患者循环免疫细胞和微生物菌群发生了巨大的变化，这也使得我们能够对免疫细胞和微生物菌群之间的关系同时进行研究。对观察到的循环中性粒细胞、淋巴细胞和单核细胞的每日变化以及1万多个纵向微生物样本的分析表明，肠道细菌和免疫细胞动力学之间存在一致的关联。高分辨率的临床宏数据和Bayesian推断使我们能够比较细菌属与免疫调节药物之间的影响，揭示肠道微生物菌群对系统免疫细胞动力学的重大影响。我们的分析建立并量化了肠道微生物菌群和人类免疫系统之间的联系，这对微生物菌群驱动的免疫调节具有重要意义。
原名：The gut microbiota is associated with immune cell dynamics in humans
译名：肠道微生物菌群与人类免疫细胞动力学有关
期刊：Nature
IF：42.778
发表时间：2020.11.25
通讯作者：Jonas Schluter，Joao B. Xavier
通讯作者单位：NYU Langone Health，斯隆凯特林癌症研究中心（Memorial Sloan Kettering Cancer Center）
DOI号：10.1038/s41586-020-2971-8
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2971-8
科研| Nature Communications：大肠杆菌中最弱的菌株在非传递不对称相互作用中得以存活
本文由小白同学编译
摘要：生态学中层级组织以交互作用的方式形成优势物种，使得除了优势竞争对手之外的其他物种被排除在外。另一方面，非层级方式的竞争，如循环相互作用，可以维持生物多样性。本研究设计了一个简单的微生物群落，其中三株大肠杆菌发生循环相互作用如下：(i) 抑制蛋白产物，(ii) 消化基因组DNA，(iii) 破坏细胞膜。研究发现，这三种主要竞争机制间的内在差异使得该群落由最弱的一个菌株主导。通过模型计算可以描述相对毒性、菌株初始占比和空间格局如何影响生物多样性的维持。通过人工构筑微生物物种间的竞争，为进一步探索驱动复杂生态中相互作用的基本原则建立了一个框架。
原名：Survival of the weakest in non-transitive asymmetric interactions among strains of E. coli
译名：大肠杆菌中最弱的菌株在非传递不对称相互作用中得以存活
期刊：Nature Communications
IF：12.121
发表时间：2020.11
通讯作者：Jeff Hasty
通讯作者单位：加州大学圣地亚哥分校
DOI号：10.1038/s41467-020-19963-8
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19963-8
科研| NC：从微生物基因组序列预测次生代谢产物的结构和生物学活性
本文由橙编译
加拿大麦克马斯特大学科学学院Michael A. Skinnider等人于2020年11月27日在Nature Communications发表题为《Comprehensive prediction of secondary metabolite structure and biological activity from microbial genome sequences》的文章。本研究通过PRISM 4在线平台，能够将微生物基因组遗传信息用于预测基因组编码抗生素的化学结构，包括目前临床上使用的所有种类的细菌抗生素。化学结构预测的准确性使得开发机器学习方法来预测编码分子的生物学活性成为可能。
摘要：当前人们迫切需要新型抗生素来解决迫在眉睫的全球抗生素耐药性危机。从历史上看，临床上使用抗生素的主要来源是微生物的次生代谢产物。微生物基因组测序结果中发现了大量未鉴定的天然抗生素信息，然而，将序列信息解读为编码分子的化学结构阻碍了这些次生代谢产物的分离工作。在这里，作者开发了PRISM 4在线平台，一个用于预测基因组编码抗生素的化学结构的综合平台，包括目前临床上使用的所有种类的细菌抗生素。作者应用PRISM 4绘制了来自培养分离物和宏基因组数据集的10,000多个细菌基因组中的次级代谢产物生物合成图，揭示了数千种编码的抗生素。PRISM 4可作为交互式Web应用程序免费获得，网址为：http://prism.adapsyn.com。
原名：Comprehensive prediction of secondary metabolite structure and biological activity from microbial genome sequences
译名：从微生物基因组序列预测次生代谢产物的结构和生物学活性
期刊：Nature Communications
IF：12.121
发表时间：2020.11
通讯作者：Michael A. Skinnider和Chris A. Dejong
通讯作者单位：加拿大麦克马斯特大学科学学院
DOI号：10.1038/s41467-020-19986-1
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19986-1
ISME Journal
科研| ISME Journal：根际促生菌工程促进农业可持续发展
本文由永稷编译
英国牛津大学植物科学系Timothy L. Haskett等人于2020年11月23日在ISME Journal发表题为《Engineering rhizobacteria for sustainable agriculture》综述文章，该综述首先通过对根际促生菌在田间土定殖低且持效期短、植物特异性选择和根际促生特性的负向调控三个方面阐述，揭示根际促生菌在自然生态系统中的发展受限的现状。紧接着系统地对固氮、溶磷、生长素产生、生物防控和根际修复等五个根际促生特性研究进展进行阐述。然后，对根际促生菌在根际环境中与植物特异性互作、对其他微生物群体信号的识别和靶向作用进行归纳分析。最后，为农业生产中根际促生菌工程的实施与应用进行展望。该综述不仅囊括了截至目前根际促生菌相关重要的研究，而且对这些大量研究进行了归纳总结，为有关根际微生物组促生功能的挖掘奠定了理论基础。
摘要：利用植物生长促生菌（PGP）或植物根际促生菌（PGPR）作为接种体可以农业可持续发展来满足快速增长的世界人口对粮食的需求。然而，根际促生菌由于在田间定殖能力降低、持效期缩短、寄主植物特异性选择以及抑制促生特性基因表达的基因调控作用等原因而不能有效发挥其作用。尽管这些问题在遗传学上仍未被解决，但是有关促生的分子机制已经被详细地阐述清楚。通过将促生特性转入某种根际细菌或者根际微生物群落中，为农业生产量身定制的根际促生菌成为农业可持续发展强有力的工具。通过挖掘植物与细菌之间的共生信号，在田间建立一种广泛存在的植物-细菌互作关系，将对根际促生菌工程效率优化和持效期具有重要的意义。基于此，本综述对根际促生菌工程中许多生态及生物技术进行探讨。
原名：Engineering rhizobacteria for sustainable agriculture
译名：根际促生菌工程促进农业可持续发展
期刊：ISME Journal
IF：9.18
发表时间：2020.11
通讯作者：Timothy L. Haskett
通讯作者单位：英国牛津大学植物科学系
DOI号：10.1038/s41396-020-00835-4
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41396-020-00835-4
mSystems
科研| mSystems：水稻幼苗耐盐变异形成根际细菌群落，通过调节土壤代谢产物，使其对盐胁迫具有耐受性
本文由Sun编译
中国福建农林大学农作物遗传育种与综合利用教育部重点实验室兰涛等人于2020年11月24日在mSystems发表题为《Rice SST Variation Shapes the Rhizosphere Bacterial Community, Conferring Tolerance to Salt Stress through Regulating Soil Metabolites》的文章，本研究通过水稻盆栽实验在不同取样点、取样时间内进行植株和土壤的取样，结合LC-MS、高通量测序及生物信息学技术对耐盐性相关的SST基因如何调控土壤代谢产物和根际微生物进行研究。为微生物生态研究中揭示植物关键基因在塑造根际微生物群落中的作用以及与土壤代谢物的关系提供了一个有用的范例，也为从微生物和生态学角度提高水稻耐高盐性的策略提供了新的见解。
摘要：一些植物特异性抗性基因可以通过调节根分泌物的释放来影响根际微生物。在之前的一项研究中，我们鉴定了水稻幼苗耐盐基因SST(幼苗耐盐)，SST功能的缺失导致了植物对盐胁迫的更好适应。然而，水稻SST的变化是否能够通过调节土壤代谢产物和根际微生物群来缓解盐胁迫，目前尚不清楚。在这里，我们利用CRISPR/Cas9系统编辑的黄花粘(HHZ)和中华11 (ZH11)转基因植株，发现SST功能的缺失增加了水稻植株钾离子的积累，降低了钠离子的积累。利用16S rRNA基因扩增子高通量测序，我们发现，在无盐胁迫下，突变物质改变了根杆菌的组装。重要的是，在盐胁迫下，sst、HHZcas和ZH11cas植物显著改变了根杆菌的组装。此外，水稻SST基因还影响土壤代谢产物，与根际微生物群落动态密切相关，进一步确定了根际微生物群与土壤代谢产物之间的关系。总的来说，我们的结果显示了水稻SST基因对盐胁迫响应的影响与土壤根际微生物群和代谢物有关。本研究揭示了水稻SST基因、土壤代谢物和根际细菌群落组成之间的有益联系，也为通过土壤微生物管理实践提高作物适应性提供了理论依据。
关键词：水稻、SST变异、根际细菌群落、土壤代谢、耐盐性
原名：Rice SST Variation Shapes the Rhizosphere Bacterial Community, Conferring Tolerance to Salt Stress through Regulating Soil Metabolites
译名：水稻幼苗耐盐变异形成根际细菌群落，通过调节土壤代谢产物，使其对盐胁迫具有耐受性
期刊：mSystems
IF：6.633
发表时间：2020.11
通讯作者：兰涛
通讯作者单位：中国福建农林大学农作物遗传育种与综合利用教育部重点实验室
DOI号：10.1128/mSystems.00721-20
原文链接：
https://msystems.asm.org/content/5/6/e00721-20
SBB
科研| SBB：菌根真菌和磷酸酶参与根际磷转化可改善亚热带森林演替过程中的植物营养
本文由李子苹果桃编译
中国科学院华南植物园生态及环境科学研究中心温达志等人于2020年11月27日在Soil Biology & Biochemistry发表题为《Mycorrhizal fungi and phosphatase involvement in rhizosphere phosphorus transformations improves plant nutrition during subtropical forest succession》的文章。本研究采集了中国南方鼎湖山生物圈保护区3个演替林优势树种的叶片和根际样品，结合叶片P浓度和根际的生物学特性对根际中生物介导的磷转化增加植物对P的吸收这一现象进行研究。为热带和亚热带地区森林演替期间植物对养分吸收、P对植物和微生物的限制、植物根际P含量的变化以及丛枝菌根真菌和酸性磷酸酶可在根层中转化P等相关研究提供重要的理论依据。
摘要：磷（P）的可用性是热带和亚热带地区植物生长的限制因素，但是许多热带和亚热带森林在磷限制的条件下仍保持较高的生产力和生物多样性，这就是为什么在亚热带森林演替过程中，磷限制和植物群落生物量同时增加的原因。根际中生物介导的磷转化有望增加热带和亚热带地区森林演替期间植物对磷的吸收。本研究采集了中国南方鼎湖山生物圈保护区3个演替林 (早、中、晚) 优势树种的叶片和根际样品，测定了叶片P浓度和根际的生物学特性：微生物生物量P (MBP)、P组分、酸性磷酸酶活性以及丛枝菌根真菌 (AMF) 和外菌根真菌 (EMF) 的生物量。研究发现，从森林演替初期到后期，叶片N:P比值增加，而根际微生物生物量N:P比值下降，这表明森林演替过程中植物磷限制更多，微生物磷限制更少。根际中磷的含量降低与丛枝菌根真菌生物量的增加呈负相关，而不稳定的有机P和中度不稳定的有机P比例的增加与丛枝菌根真菌 (AMF) 生物量的增加呈正相关，但与森林演替过程中酸性磷酸酶活性的增加呈负相关。我们提出了一种基于丛枝菌根真菌 (AMF) 过程的亚热带演替森林中P可用性的机制，该过程增加了被吸附的P向不稳定和中等不稳定的有机P形式的转化，然后是酸性磷酸酶活性将这些可水解的有机P转化为无机P。根际中的磷含量达到植物可利用的磷，将满足森林演替过程中植物对磷的需求增加，从而保持有限磷的热带和亚热带森林的高生产力和生物多样性。
关键词：根际，磷组分，酸性磷酸酶，菌根真菌，森林演替
原名：Mycorrhizal fungi and phosphatase involvement in rhizosphere phosphorus transformations improves plant nutrition during subtropical forest succession
译名：菌根真菌和磷酸酶参与根际磷转化可改善亚热带森林演替过程中的植物营养
期刊：Soil Biology & Biochemistry
IF：5.795
发表时间：2020.11
通讯作者：温达志
通讯作者单位：中国科学院华南植物园生态及环境科学研究中心
DOI号：10.1016/j.soilbio.2020.108099
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071720303953
Frontier in Microbiology
科研| Frontier in Microbiology：添加干酪乳杆菌和纤维素酶对苜蓿青贮过程和有氧暴露后的微生物菌群动态以及有氧暴露后代谢产物的影响
本文由杨帆编译
东北农业大学和内蒙古民族大学动物科技学院Zongfu Hu等人于2020年11月26日在Frontier in Microbiology发表题为《The Microbiota Dynamics of Alfalfa Silage During Ensiling and After Air Exposure, and the Metabolomics After Air Exposure Are Affected by Lactobacillus casei and Cellulase Addition》的文章，本研究在第一茬苜蓿中添加干酪乳杆菌和纤维素酶，并通过多个取样时间的试验设计，结合GC-MS、高通量测序技术对苜蓿青贮发酵前后和有氧暴露中的微生物群落及其代谢产物进行研究。为青贮研究中微生物群落变化的动态监测、核心菌群的组成及其代谢产物的研究具有重要的借鉴意义。
摘要：添加干酪乳杆菌和纤维素酶均能促进乳酸菌的增殖，从而产生大量乳酸降低青贮的pH值。本文添加纤维素酶、干酪乳杆菌和有氧暴露对紫花苜蓿青贮中的微生物群落和代谢组的研究。将第一茬苜蓿（29% DM）通过不添加（CON）、添加L. casei（1 × 106 cfu g–1 新鲜苜蓿）（LC）、纤维素酶（20,000IU,0.5%新鲜苜蓿）（CE）青贮56d，有氧暴露3d。在青贮56d和氧暴露3d，LC和CE的pH值低于CON，乳酸含量高于CON，青贮品质较好。各组苜蓿青贮有氧暴露过程中乳酸含量均降低，而酵母菌和霉菌菌群数量都增加。扫描电镜显示，新鲜紫花苜蓿叶片表皮蜡晶结构完整，CON青贮中完全分解，CE和LC中部分未分解。GC-MS结果显示，在有氧暴露3天的青贮中存在196种差异代谢物和95种差异浓度。这些代谢物主要有有机酸、多元醇、酮、醛等，具有抗菌活性。各组间菌群差异明显，乳酸菌在各组青贮中均占主导地位。从第7天到第56天，乳酸菌在LC和CE中占主导地位，第56天，其相对丰度分别达到94.17-83.93%。发酵的第56天，CON中的优势菌群为乳酸菌，相对丰度为75.10%。有氧暴露3天，CON中以乳酸菌和肠球菌为主，LC和CE中乳酸菌仍为主要菌群。本研究结果表明，与未添加的苜蓿青贮相比，干酪乳杆菌可以作为苜蓿青贮的优先接种剂，通过增加乳酸菌的相对丰度，从而提高发酵质量。通过高通量测序和GC-MS的结果能够深入了解苜蓿青贮中的微生物群落及其代谢物。
关键词：苜蓿青贮、表皮蜡晶、微生物动态、乳酸菌、代谢组学、纤维素酶、干酪乳杆菌
原名：The Microbiota Dynamics of Alfalfa Silage During Ensiling and After Air Exposure,and the Metabolomics After Air Exposure Are Affected by Lactobacillus casei and Cellulase Addition
译名：添加干酪乳杆菌和纤维素酶对苜蓿青贮过程和有氧暴露后的微生物菌群动态以及有氧暴露后代谢产物的影响
期刊：Front. Microbiol.
IF：4.235
发表时间：2020.11
通讯作者：Zongfu Hu Deying Ma
通讯作者单位：东北农业大学 内蒙古民族大学
DOI号：10.3389/fmicb.2020.519121
原文链接：
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2020.519121/full
科研| Frontier in Microbiology：口服万古霉素和氨苄青霉素导致短暂性全脑缺血的小鼠认知功能障碍及肠道消化不良
本文由番茄加牛腩编译
韩国庆熙大学生命与纳米药物科学系Kyung-Eon Lee等人于2020年11月26日在Frontier in Microbiology发表题为《Orally Administered Antibiotics Vancomycin and Ampicillin Cause Cognitive Impairment With Gut Dysbiosis in Mice With Transient Global Forebrain Ischemia》的文章，本研究通过构建脑缺血小鼠模型，然后口服抗生素，结合粪菌移植、高通量测序等技术对脑缺血患者使用抗生素的微生物群落进行研究，对脑缺血患者口服万古霉素和氨苄西林的临床应用具有直接意义。
摘要：肠道菌群与神经精神疾病的发生密切相关。抗生素经常用于预防脑缺血患者的病原体感染。为了了解预防性抗生素治疗对脑缺血患者的影响，我们研究了口服万古霉素和氨苄青霉素对短暂性全脑前脑缺血（tlsc）小鼠认知功能和肠道菌群组成的影响。脑缺血手术和口服万古霉素分别导致轻度和中度认知障碍。然而，脑缺血手术模型小鼠口服万古霉素和氨苄青霉素会导致严重的认知障碍。此外，两种抗生素的处理诱导了海马中的NF-κB活化以及活跃的小胶质细胞和凋亡细胞群，而脑源性神经营养因子细胞群却减少了，还引起结肠炎和肠道营养不良。增加了包括香坊肠杆菌在内的变形杆菌数量。口服经万古霉素处理小鼠的粪便和口服香坊肠杆菌均能导致认知障碍和结肠炎。这些发现表明，在脑缺血患者中，口服抗生素可加重与肠道营养不良有关的认知障碍。
关键词：抗菌药物、脑缺血、记忆力、肠道营养不良、粪菌移植、肠杆菌、香坊肠杆菌
原名：Orally Administered Antibiotics Vancomycin and Ampicillin Cause Cognitive Impairment With Gut Dysbiosis in Mice With Transient Global Forebrain Ischemia
译名：口服万古霉素和氨苄青霉素导致短暂性全脑缺血的小鼠认知功能障碍及肠道消化不良
期刊：Frontier in Microbiology
IF：4.235
发表时间：2020.11
通讯作者：Dong-Hyun Kim
通讯作者单位：韩国庆熙大学生命与纳米药物科学系
DOI号：10.3389/fmicb.2020.564271
原文链接：
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2020.564271/full
International Journal of Food Microbiology
科研| International Journal of Food Microbiology：自发发酵过程中真菌的多样性、机制及与葡萄酒香味的关系
本文由许茜编译
墨尔本大学农业食品与兽医农业科学学院Kate Howell等人于2020年11月24日在International Journal of Food Microbiology发表题为《Diversity and dynamics of fungi during spontaneous fermentations and association with unique aroma profiles in wine》的文章，本研究通过多个取样点结合顶空固相微萃取气相色谱质谱方法与宏基因组学和群体遗传学方法对真菌、酵母菌群和酿酒酵母特征进行分析，进而研究了葡萄酒中微生物分布和真菌对葡萄酒的贡献。对不同尺度上多层真菌微生物如何变化及这些微生物对农业生态系统的影响有了更深一步的认识，为可持续农业实践管理、保护生物多样性及功能提供了一个新的视角，从而优化植物食品和饮料产量。
摘要：微生物生态学是农业生态系统不可分割的部分，且它影响着农产品的质量。微生物活动会对葡萄的健康状况、葡糖产量以及发酵时糖类物质向乙醇的转化过程产生影响从而形成葡萄酒独特的香气和风味。我们都知道葡萄的微生物模式具有区域差异性，但是在小尺度上关于微生物模式究竟对葡萄的区域性差异贡献有多大还未知。因此本文我们运用宏基因组学和群体遗传学方法对自发发酵过程中真菌群落、酵母菌群和酿酒酵母种群特征进行分析以研究葡萄酒中微生物分布和真菌的贡献。我们发现了真菌、酵母菌和酿酒酵母在地理起源（庄园|葡萄园）上的差异，同时还受到葡萄种类的影响。发酵过程中酿酒酵母的生长和主导地位重塑了真菌群落，并在菌株水平上表现出地理结构。真菌微生物多样性和葡萄酒化学物质间的相互关联性表明酿酒酵母在在决定葡萄酒香味的亚区域水平上起着重要作用。空间尺度小于12千米的地理分布表明微生物群落包括处于优势地位的酵母菌、酿酒酵母在当地环境中可能是不同的。这些发现为微生物对葡萄酒风味贡献的进一步研究提供了证据，并为可持续农业的实践提供了一个新的视角，以保持微生物多样性、优化发酵功能来提高饮料产品的质量。
关键词：微生物生物地理学，真菌菌群，酿酒酵母，葡萄酒，自发发酵
原名：Diversity and dynamics of fungi during spontaneous fermentations and association with unique aroma profiles in wine
译名：自发发酵过程中真菌的多样性、机制及与葡萄酒香味的关系
期刊：International Journal of Food Microbiology
IF: 4.187
发表时间：2020.11
通讯作者：Kate Howell
通讯作者单位：墨尔本大学农业食品与兽医农业科学学院
DOI号：10.1101/2020.09.10.290536
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168160520304773
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