服务关键物种定向演替

相关菌株：

Sulfurovum sp. MCCC 1A17954

Sulfurimonas sp. MCCC 1A13988

服务背景：关键物种（keystone taxa）是微生物组结构与功能的重要驱动者，调控着土壤、水体、植物根系甚至动物和人体肠道中微生物群落的一系列代谢功能，与生态系统功能的稳定以及人类疾病的发生与治疗均具有密切联系，同时在微生物群落应对污染物输入等环境变化时所发生的菌群重组装与功能重塑过程中起着决定性的作用。因此，识别、表征并控制关键物种能够定向强化微生物群落的功能，甚至为人工合成菌群提供理想的操作目标。宏观生态学研究普遍选择移除假定的关键物种以评估其影响力，然而，微生物组高度的多样性决定了微生物学者无法通过移除法来识别，同时由于微生物群落高度的时空异质性，常规方法也难以准确捕捉关键物种并表征其生态功能，微生物群落中关键物种的识别与表征成为环境微生物学领域的一大挑战。

服务对象：厦门大学生命科学院

取得成效：以红树林沉积物为基质建立微宇宙体系，添加高分子量PAH代表污染物苯并[a]芘（BaP）以及硝酸盐作为环境因子触发关键物种定向演替。首先通过共现性网络分析发现两株硫氧化硝酸盐还原菌Sulfurovum和Sulfurimonas在不同环境条件下发生了显著的时序性角色转换：它们在原位环境中作为非关键物种呈现中性关系，但Sulfurimonas在硝酸盐添加的条件下转换为关键物种并与Thioalkalispira形成关键菌群（keystone guild），而Sulfurovum在BaP压力下转变为关键物种，与关键降解菌Novosphingobium紧密互作形成PAH降解关键菌群。宏基因组分箱和比较基因组进一步解析了这些关键物种的代谢潜力，发现Sulfurimonas拥有更完善的感知系统和更强的运动性，而Sulfurovum表现出更优的抗氧化以及营养和能量传输潜能。进一步采用高效热不对称交错PCR（hiTAIL-PCR）和增强型绿色荧光蛋白（eGFP）标记方法对关键物种进行捕获、鉴别和标记，进而通过共培养实验证实了Sulfurovum能够帮助降解菌高效清除活性氧 (ROS)、提高其生长和降解活性，表明 Sulfurovum 在BaP降解组抵御污染物生物毒性的过程中发挥关键作用。

（相关论文）Xiaolan Lin; Baoyi Qiao; Ruirui Chang; Yixin Li; Wei Zheng; Zhili He; Yun Tian; Characterization of two keystone taxa, sulfur-oxidizing and nitrate-reducing bacteria, by tracking their role transitions in the benzo[a] pyrene degradative microbiome. Microbiome, 2023, 11: 139.

汇编：Li G.

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