ISME | 华南师范大学：宏基因组学揭示了重金属矿业废弃地生态修复过程中驱动土壤磷循环的关键微生物类群

推荐：江舜尧

编译：Hancactus

编辑：小菌菌

2020年3月23日，Nature旗下微生物生态学顶级期刊The ISME Journal发表了华南师范大学生命科学学院生态与环境科学重点实验室李金天教授团队题为“Novel phosphate-solubilizing bacteria enhance soil phosphorus cycling following ecological restoration of land degraded by mining”的研究论文。该论文首次揭示了重金属矿业废弃地生态修复过程中驱动土壤磷循环的关键微生物类群。文章中主要选择典型的缺磷生态系统——重金属矿业废弃地作为研究对象，运用宏基因组学等技术，探讨了重金属矿业废弃地生态修复过程中土壤磷的变化特征及其微生物驱动机制，这对了解驱动其它类型陆地生态系统土壤磷循环的关键微生物也同样具有借鉴意义。

文章摘要

研究背景：磷是生物体必需的三大元素之一，但由于其在土壤中的生物有效性较低，因此磷限制普遍存在于全球各类陆生生态系统。尽管当前已经开展了很多与增强土壤中磷循环的相关研究，但对于在陆地生态系统管理以及恢复过程中参与磷循环的相关微生物及其动态变化规律了解甚少。
方法：通过使用宏基因组测序对中国南部重金属矿业废弃地使用2种改良剂、8种农作物进行修复的缺磷土壤中18个土壤微生物群落进行分析研究。
结果：通过对测序结果分析可以看出，改良恢复的土壤相比于未经恢复土壤中参与微生物磷循环的关键基因丰度有所提高，这一结果表明土壤修复能够显著提高土壤磷循环效率。gcd基因作为一种编码能溶解土壤中难溶性无机磷关键酶的基因和土壤中生物可利用磷的重要影响因子，在所有土壤样品中均为相对丰度最高的磷循环功能基因。通过宏基因组共重建39个含有gcd基因完整的细菌基因组，它们分别代表了不同的可降解磷元素的微生物分类群，这些相对丰度比较高的基因与生物可利用磷浓度之间表现出较强的相关性，这一结果表明这些基因可能增强了土壤当中的磷循环效率。除此之外，上述提到的39株含有gcd基因的细菌基因组中同时含有84个可移动遗传原件，这一结果表明噬菌体参与的水平基因转移能够使得土壤微生物获得与磷循环相关的代谢潜能。
 

文中重要图片说明

图1| 生态修复对土壤中参与磷循环相关基因其相对丰度的影响（UT: 未经处理土壤；ULRT: 未经改良的土壤；ALPT：经改良土壤；）

图2| 土壤磷循环相关基因与土壤中磷含量的相关性图

图3|  39株经基因重组构建的高质量含gcd相关基因分析图

图4| 细菌葡萄糖脱氢酶（GCDs）的系统发育分析图

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