近日，資環(huán)學(xué)院沈其榮院士團(tuán)隊(duì)張瑞福教授課題組在Genome Biology上發(fā)表了最新研究成果“A novel decomposer-exploiter interaction framework of plant residue microbial decomposition”。

植物殘?bào)w的微生物分解（Plant Residue Microbial Decomposition, PRMD）是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的核心過程，決定了秸稈還田效果和土壤有機(jī)質(zhì)積累。然而，我們對(duì)植物殘?bào)w自然分解的微生物過程，尤其是主要參與者真菌和細(xì)菌群落的功能定位與互作機(jī)制缺乏清晰認(rèn)知。該研究通過模擬不同復(fù)雜度的植物殘?bào)w分解環(huán)境，結(jié)合傳代演化實(shí)驗(yàn)、多組學(xué)分析、系統(tǒng)生物學(xué)模擬和合成微生物群落實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)揭示了細(xì)菌與真菌在植物殘?bào)w分解過程中的生態(tài)角色分化及互作機(jī)制，提出了“真菌主分解-細(xì)菌主剝削”的互作模型。該研究不僅深化了我們對(duì)碳循環(huán)微生物生態(tài)學(xué)的理解，也為秸稈還田和土壤有機(jī)質(zhì)提升技術(shù)措施提供了理論支撐。

該研究發(fā)現(xiàn)：植物殘?bào)w復(fù)雜度驅(qū)動(dòng)真菌和細(xì)菌群落差異演化。真菌高度適應(yīng)不同復(fù)雜度植物殘?bào)w分解，隨殘?bào)w復(fù)雜度增加，真菌群落豐富度上升，而細(xì)菌群落豐富度則急劇下降；植物殘?bào)w分解遵從“真菌主分解，細(xì)菌主剝削”互作框架。不同復(fù)雜度植物殘?bào)w分解中，真菌群落主導(dǎo)殘?bào)w分解核心基因的表達(dá)，向促分解的方向演化；而細(xì)菌群落則主導(dǎo)寡糖苷酶等基因表達(dá)，通過剝削真菌分解產(chǎn)物以維持生存；可利用碳源種類與濃度參與細(xì)菌整體群落的結(jié)構(gòu)塑形。植物殘?bào)w復(fù)雜度營造了養(yǎng)分梯度變化，細(xì)菌群落的多碳源利用能力發(fā)揮關(guān)鍵作用，在低碳環(huán)境下通過攝取更多類型碳源以維持生存，但交叉互養(yǎng)作用在碳源濃度進(jìn)一步降低時(shí)受限，無法支撐群落穩(wěn)定生長；真菌分解者賦予細(xì)菌演化中剝削者盛行的群落結(jié)構(gòu)。不同復(fù)雜度植物殘?bào)w分解中，細(xì)菌分解者相對(duì)于細(xì)菌剝削者具有顯著生存優(yōu)勢(shì)。然而，真菌分解者具有重塑細(xì)菌群落碳源獲取策略的能力，從而推動(dòng)細(xì)菌剝削者在群落中的盛行；次代產(chǎn)物介導(dǎo)的競(jìng)爭(zhēng)性互作強(qiáng)化“分解者-剝削者”模型。植物殘?bào)w復(fù)雜度營造的養(yǎng)分梯度差異下，營養(yǎng)越匱乏細(xì)菌競(jìng)爭(zhēng)越弱，相反則驅(qū)動(dòng)更強(qiáng)的真菌競(jìng)爭(zhēng)。分解者與剝削者競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度此消彼長，生態(tài)位差異決定微生物競(jìng)爭(zhēng)策略。

植物殘?bào)w分解的微生物互作模型

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院副教授繆有志為論文第一作者，張瑞福教授為論文通訊作者。實(shí)驗(yàn)室在讀博士生王偉和課題組荀衛(wèi)兵教授分別為該論文共同一作和共同通訊。沈其榮院士為本研究提供了指導(dǎo)。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)青年科學(xué)家項(xiàng)目（2021YFD1900300和2024YFD1701600）、國家自然科學(xué)基金（42477126）和江蘇省自然科學(xué)基金（BK20231472）的資助。

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