【LorMe周刊】原生动物捕食如何影响细菌群落？
作者：宋宇琦，南京农业大学博士在读。主要研究根际原生动物和根际健康。
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导读
原生动物是食物网中的初级消费者，主要以细菌及真菌为食。原生动物对细菌的捕食具有偏好性，而细菌也可以通过次生代谢物、细胞形状和进化的特定改变对原生动物捕食作出快速反应。2017年在Environmental Microbiology上发表的一篇文章表明，接种原生动物对叶面细菌群落组成、功能及细菌间相互作用有显著影响，并且呈现出一定规律。
实验设计
实验从植物叶子表面分离出三种原生动物（丝足虫）和标准化的细菌群落，通过24微孔板实验，向每孔中加入1 mL无菌小麦草培养基和50 μL菌液。将细菌群落在室温下培养三天后接种分离纯化后的原生动物，每个处理设置四个重复，对照组不接种原生动物。共培养五天后，通过Illumina MiSeq测序获得的宏基因组谱来评估细菌群落组成。
实验结果
原生动物捕食显著影响细菌群落组成
与未添加原生动物的对照处理比较，分别添加三种原生动物的处理均显著改变了细菌群落的组成（图1）。在Cercomonas hederae存在的条件下，α-变形菌纲、β-变形菌纲和鞘脂杆菌纲与对照处理相比数量减少一半，而γ-变形菌纲数量增加15%，丰佑菌纲的数量也增加了一倍。同样，在Cercomonas plasmodialis和Paracercomonas producta存在的情况下，γ-变形菌纲增加而鞘脂杆菌纲减少。
图1 使用基于RDP细菌匹配的相对丰度的分类学分析
图2 细菌属水平上的差异
特定的捕食诱导的细菌群落组成的变化也体现在属水平上的差异（图2）。与不添加原生动物的对照处理相比，在添加C.hederae的处理中，包括根瘤菌属和醋菌属在内的9个属的丰度显著降低，但假单胞菌属与嗜麦芽寡养单胞菌属的丰度则有所上升；在另外两种原生动物处理中，假单胞菌属的丰度也都显著增加。
原生动物捕食显著影响细菌群落功能特征
原生动物的捕食在影响细菌群落组成的同时，对细菌群落功能特征也有显著影响（图3）。使用Metagenomic Profiles统计分析软件包（STAMP），对添加原生动物的处理与未添加的对照处理进行27个功能核心基因的比较。与对照相比，在添加原生动物的处理中，包括膜转运和DNA代谢在内的7个功能核心基因过表达，而包括氨基酸衍生物以及碳水化合物代谢在内的7个功能核心基因的表达下降（图4 A-F）。
图3 基于子系统level 1的SEED细菌匹配的相对丰度的功能分析
图4 处理组（灰色）与对照组（黑色）功能谱之间的比较。A-C.散点图展示功能类别的差异。D-F.功能类别在处理和对照间在统计学上的差异。
原生动物捕食影响细菌间相互作用
对照处理的共生网络图中展示出622个细菌种群的相关性，其中79%为正相关。在P. producta存在的情况下，细菌种群间显著相关的数量下降了15%，而添加C. plasmodialis的处理则下降了30%；而两种处理中正相关的互作效应则均增加到约85%。在对照处理中，细菌种水平上呈现出最多相关性的前三种分别是假单胞菌(Pseudomonas)、金黄杆菌(Chryseobacterium)与博斯氏菌(Bosea)，而原生动物的添加使节细菌(Arthrobacter)和草螺菌(Herbaspirillum)与其他细菌的相关性增加。
由于捕食诱导的微生物相互作用的变化在细菌共生网络中可以清楚的看到（图5）。
图5 基于微观实验的微生物共生网络分类谱的相关分析。连线显示细菌群落在种水平上的负相关或正相关，红色表示负相关，绿色表示正相关。因原生动物的存在所增加或降低的种群分别用绿色和红色节点表示。此外，处理中不存在的细菌由虚线节点表示。
总结
1、原生动物捕食显著改变细菌群落组成。然而，细菌相对丰度的增加和降低并不是随机的--在所有原生动物处理中，伯克氏菌属和地杆菌属的丰度均会降低，而假单胞菌属的丰度增加，表明在捕食时细菌群落组成变化有一定规律性。
2、细菌群落组成变化的同时，整个细菌群落的功能特征也在变化。
3、在捕食者存在的情况下，细菌共生网络明显改变。与未添加原生动物的对照处理相比，在原生动物处理中存在具有更少相关性但正相关关系相对增加的细菌，表明捕食弱化了较强竞争者的能力。
参考文献：Grazing of leaf-associated Cercomonads (Protists: Rhizaria:Cercozoa) structures bacterial community composition and function
期刊：Environmental Microbiology
DOI：10.1111/1462-2920.13824