基石土壤微生物在林龄不同的北方森林中维持微生物组的功能稳定性

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Keystone Soil Microbes Maintain Microbiome Functional Stability in Boreal Forests with Varying Stand Ages

　　

摘要

鉴于森林生态系统中的环境干扰日益加剧，识别具有特定功能的关键微生物对于维持森林生态系统服务以及指导基于科学的环境管理至关重要。本研究结合了野外采样、扩增子测序和GeoChip 5.0技术，系统地识别了有助于维持微生物组功能稳定性的关键功能类群。结果表明，不同年龄的针叶林的群落结构稳定性显著低于阔叶林和混交林（P < 0.05），但不同类型森林之间的功能稳定性没有显著差异。共现网络分析显示，主要的关键词汇类群具有与金属稳态和应激反应相关的功能基因。此外，不同年龄的针叶林土壤中都存在有机污染物降解功能群。这些关键功能微生物主要为来自变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）的细菌，以及属于子囊菌门（Ascomycota）的真菌。随机森林和交叉验证的结果表明，单个物种（例如Ajellomyces）可以拥有参与多种代谢途径的基因（例如CzcD和PcbC），从而可能有助于维持功能稳定性。尽管不同年龄的针叶林的微生物群落结构稳定性相对较低（与阔叶林和混交林相比），但具有多功能基因的物种通过代谢模块之间的互补性弥补了功能冗余的不足，因此在稳定微生物组功能方面发挥了关键作用。

鉴于森林生态系统中的环境干扰日益加剧，识别具有特定功能的关键词汇微生物对于维持森林生态系统服务以及指导基于科学的环境管理至关重要。本研究结合了野外采样、扩增子测序和GeoChip 5.0技术，系统地识别了有助于维持微生物组功能稳定性的关键功能类群。结果表明，不同年龄的针叶林的群落结构稳定性显著低于阔叶林和混交林（P < 0.05），但不同类型森林之间的功能稳定性没有显著差异。共现网络分析显示，主要的关键词汇类群具有与金属稳态和应激反应相关的功能基因。此外，不同年龄的针叶林土壤中都存在有机污染物降解功能群。这些关键功能微生物主要为来自变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）的细菌，以及属于子囊菌门（Ascomycota）的真菌。随机森林和交叉验证的结果表明，单个物种（例如Ajellomyces）可以拥有参与多种代谢途径的基因（例如CzcD和PcbC），从而可能有助于维持功能稳定性。尽管不同年龄的针叶林的微生物群落结构稳定性相对较低（与阔叶林和混交林相比），但具有多功能基因的物种通过代谢模块之间的互补性弥补了功能冗余的不足，因此在稳定微生物组功能方面发挥了关键作用。