生態(tài)系統(tǒng)中微生物主要以群系的方式驅(qū)動(dòng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)。微生物組工程運(yùn)用合成生物學(xué)的理念和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)特定功能微生物群系的人工創(chuàng)制。深入闡明影響微生物群系結(jié)構(gòu)和功能的主要因素是實(shí)現(xiàn)工程微生物組理性設(shè)計(jì)、構(gòu)建和調(diào)控的重要前提。然而，目前仍然缺乏有關(guān)微生物群系結(jié)構(gòu)與功能之間量化關(guān)系的相關(guān)研究，對(duì)物種功能及其相互作用對(duì)群系整體功能的影響機(jī)制了解極少。

近日，廣東省科學(xué)院微生物研究所許玫英研究員團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)針對(duì)硝酸鹽介導(dǎo)的硫氧化作用這一關(guān)鍵的元素循環(huán)過(guò)程，通過(guò)結(jié)合高通量測(cè)序、功能菌株分離鑒定、基因組分析和共培養(yǎng)驗(yàn)證等技術(shù)手段，深入分析了物種的功能特征和種間相互作用對(duì)硝酸鹽介導(dǎo)的硫氧化微生物群系結(jié)構(gòu)和功能的影響。發(fā)現(xiàn)盡管群系的整體功能與核心物種的功能之和密切相關(guān)，但物種之間的相互作用也對(duì)群系整體功能產(chǎn)生重要影響。在硝酸鹽介導(dǎo)硫氧化這種貧營(yíng)養(yǎng)體系中，微生物之間的代謝協(xié)作往往比競(jìng)爭(zhēng)更有利于維持群系的整體功能和穩(wěn)定性。

該研究初步建立了微生物群系結(jié)構(gòu)與功能的量化關(guān)系，表明可以通過(guò)調(diào)控微生物物種之間的相互作用來(lái)強(qiáng)化微生物群系的功能，對(duì)特定功能微生物組的理性設(shè)計(jì)和構(gòu)建具有重要的參考價(jià)值。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于微生物學(xué)頂級(jí)期刊mBio。

圖1. 微生物物種之間的代謝互作微生物群系功能的影響

鄧通初博士為該論文的第一作者，許玫英研究員為通訊作者，賀志理教授、郭俊研究員、孫國(guó)萍研究員、董美君博士和黃浩斌博士為共同作者。該研究受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“合成生物學(xué)”重點(diǎn)專項(xiàng)（2021YFA0910300）和國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃集成項(xiàng)目（92251301）的資助。

相關(guān)論文信息：https://journals.asm.org/doi/10.1128/mbio.01567-23