种间互作网络的结构、生态系统功能及稳定性机制研究

生态群落中不同物种间发生多样化的相互作用, 形成了复杂的种间互作网络。复杂生态网络的结构如何影响群落的生态系统功能及稳定性是群落生态学的核心问题之一。种间互作直接影响到物质和能量在生态系统不同组分之间的流动和循环以及群落构建过程, 使得网络结构与生态系统功能和群落稳定性密切相关。在群落及生态系统水平上开展种间互作网络研究将为群落的构建机制、生物多样性维持、生态系统稳定性、物种协同进化和性状分化等领域提供新的视野。当前生物多样性及生态系统功能受到全球变化的极大影响, 研究种间互作网络的拓扑结构、构建机制、稳定性和生态功能也可为生物多样性的保护和管理提供依据。该文从网络结构、构建机制、网络结构和稳定性关系、种间互作对生态系统功能的影响等4个方面综述当前种间网络研究进展, 并提出在今后的研究中利用机器学习和多层网络等来探究环境变化对种间互作网络结构和功能的影响, 并实现理论和实证研究的有效整合。     

微囊藻毒素与自然水体中细菌VIVIFORM状态的相关性

细菌VIVIFORM状态是直接关系到自然水体水质评价和环境保护的生态现象 ,其形成机理相当复杂 ,但环境胁迫是主要诱因。通过人为改变湖水中的微囊藻毒素 (MC LR)水平 ,对水体中蓝藻毒素与细菌VIVIFORM状态之间的相关性进行了分析。结果表明 ,较高的毒素水平对水体中细菌种群总量没有明显的影响 ,但能刺激VIVIFORM细菌转化成可培养状态 ,从而证实了自然水体中蓝藻毒素与水细菌VIVIFORM状态之间存在直接的相关性。     

植物病原细菌毒性调控网络的研究进展

植物病原细菌通过复杂和精细的全局性调控网络来协调多个层面的毒性决定因子。在不同的植物病原细菌中,这些全局性的毒性调控网络控制着细菌的侵染策略、存活以及在面临寄主植物防卫系统的互作环境中实现成功侵染的病程。本文详细分析了植物病原细菌4个重要属(假单胞菌属、果胶杆菌属、黄单胞菌属和雷尔氏菌属)的模式病原菌主要的毒性调控系统,包括群体感应系统、双组分调控系统、转录激活调控子以及转录后、翻译后的调控机制。在此基础上,重点评价了一些模式菌株全局性毒性调控机制的异同点,总结了一些最新的研究进展,并绘制了精细的网络调控图。这些分析表明,虽然一些相同的调控系统控制着病原菌的毒性,但是在不同种以及种下的亚种或者致病变种中这些调控机制功能各异,对于病原菌全毒性的贡献也存在着明显的差异。     

获取有机物厌氧降解产甲烷过程中关键功能类群——互营细菌培养物

互营代谢是微生物之间的重要种间互作关系之一,参与互营代谢的微生物广泛存在于土壤、淡水和海水沉积物、厌氧消化反应器、动物肠道和极端环境中(如地下油藏),在有机物厌氧降解转化为二氧化碳和甲烷的过程中发挥着关键性的作用。研究互营细菌的物质代谢和能量传递的分子机制,对认识缺氧环境中的元素生物地球化学循环具有重要意义,也为解决全球能源危机、缓解气候变暖提供理论指导。但是,互营细菌生长缓慢、对氧气敏感,其分离培养的难度大。本文主要回顾了互营细菌的分离策略及其生理生化特征,展望了互营细菌分离培养的发展趋势,并指出以高通量筛选与定向分离相结合的方法,获得具有特定生理生态学功能的互营细菌,是互营微生物资源和分类学研究的发展方向。     

保安湖水体细菌群落结构时空变化特征及驱动因子

为了探究保安湖水体细菌群落结构时空变化特征及驱动因子,研究于2019年春、夏、秋、冬四季采集保安湖水样,使用宏基因组测序技术对保安湖水体细菌群落的组成及多样性变化进行了研究。结果表明:(1)保安湖不同湖区细菌群落组成无显著差异(P>0.05);夏、秋季细菌丰富度、均匀度、香农及辛普森多样性指数均显著高于春、冬季(P<0.05),夏、秋季优势类群为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobactetiota)、蓝藻门(Cyanobacteria),而春、冬季变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobactetiota)占主导地位;(2)温度、透明度、pH、溶解氧、高锰酸盐指数、叶绿素a及总磷等因素是保安湖水体细菌群落结构变化的重要驱动因子;(3)保安湖细菌群落构建过程在春、夏、秋季由随机性过程主导,在冬季由确定性过程主导;(4)保安湖细菌网络互作具有明显的季节特征,从春季到冬季,保安湖细菌种间相互作用逐渐紧密复杂。综上所述,保安湖水体细菌群落结构具有明显的季节变化特征,温度、透明度、pH、溶解氧、高锰酸盐指数等因素具有驱动水体细...     

病原中的活性氧释放研究进展

活性氧的释放在动植物-病原菌互作过程中有着非常重要的作用.一般认为互作中的活性氧来源于动植物细胞生物膜中的氧化还原体系.但近年来随着互作研究的深入,发现动植物病原菌自身也有活性氧的释放以及复杂的调控系统,它们的活性氧释放能力很有可能与其致病性有一定的联系,并可能参与了互作,这些发现对深入了解动植物-病原菌的互作机制具有重要意义.概述了在细菌、真菌等多种动物病原菌中存在的活性氧释放现象,这些微生物活性氧产生的位点、相关功能分子以及调控机制,介绍了目前研究仍然较少但其潜在意义重大的植物病原菌中的活性氧释放现象、可能的调节机制和病理学意义.     

阿米巴-细菌互作：进化、生态与环境效应

阿米巴是原生动物的主要类群,是陆地和水生生态系统的关键组成部分。阿米巴与细菌之间有着密切而复杂的相互作用。一方面,阿米巴通过捕食直接影响细菌群落与多样性,增强细菌活性。另一方面,细菌也进化出抵抗捕食的机制来抵抗甚至感染阿米巴,反向影响阿米巴的生长和多样性。近年来,阿米巴-细菌互作的研究开始受到了广泛关注。本文总结了阿米巴-细菌互作的进化历史、生态关系(捕食、偏利共生、寄生和互利共生)以及其对环境的潜在影响,旨在更好地理解阿米巴-细菌互作这一研究领域,为其他原生动物-微生物之间的研究提供新的思路,也为探究宿主-微生物互作的机制提供参考。     

影响微生物互作的重要基因研究进展：以大肠杆菌为例

微生物在自然界中广泛存在,微生物间的相互作用对群落结构和功能有重要影响。目前已经对微生物相互作用的机制给予了很大的关注,通过高通量测序技术和统计学分析方法的结合可以定位获得影响菌株互作的重要基因。为了深入研究微生物相互作用的遗传机制,本文以大肠杆菌(Escherichia coli)为例,综述了与大肠杆菌运动性、耐药性、营养物质吸收和代谢调节相关的基因在互作条件下发挥的作用,并从这几个方面分别阐述了大肠杆菌互作遗传机制。总之,这些基因在大肠杆菌与其他微生物互作中发挥重要作用,同时增强了对细菌互作机制的理解,为今后研究更复杂的微生物群落互作遗传机制奠定了理论基础。     

微囊藻与水体细菌相互关系的研究进展

近年来, 微生物群落在水生态系统中的结构和功能受到了越来越多的关注。在富营养化水体中细菌在微囊藻水华的发生、发展及衰亡、降解过程中发挥着重要的作用。文章总结了水体中微囊藻与细菌独有的群落结构特征,以及微囊藻与细菌群落对环境因素变化的响应等方面的研究成果。在微囊藻与细菌的相互作用方面, 从藻细胞微环境中附着细菌对微囊藻生长的促进或抑制作用, 细菌在微囊藻群体的形成和维持过程的作用, 细菌参与的微囊藻水华的聚集和降解过程, 细菌对微囊藻毒素的降解作用等方面进行了综述。文章还对未来微囊藻与细菌相互关系的研究热点以及可利用的组学技术等进行了展望。     

DSF-家族群体感应信号生物合成途径与调控机制研究进展

群体感应是微生物间相互交流的一种重要机制。Diffusible Signaling Factor (DSF)-家族群体感应信号分子存在于多种革兰氏阴性菌中,调控细菌的致病性和适应性。本文首先介绍DSF-家族群体感应信号的结构多样性与保守性、生物合成途径和两类调控机制。DSF家族群体感应信号属于一类长链不饱和脂肪酸,碳水化合物和支链氨基酸是主要合成前体;合成途径主要包括脂肪酸合成循环和兼具脱水酶和硫酯酶活性的RpfF;在黄单胞菌和伯克氏菌中分别存在2种蛋白-蛋白互作机制调控DSF生物合成。随后,综述最新相关研究结果,提出顺式-2-十二碳烯酸(BDSF)可能是野油菜黄单胞菌侵染大白菜过程中所依赖的"活体"群体感应信号。最后,讨论和展望本领域下一步值得研究的关键科学问题。     

海洋沉积物中几类常见古菌类群的分布与代谢特征

古菌作为海洋微生物的重要组分广泛分布于各种海洋环境,在碳、氮、硫等元素的生物地球化学循环和地球生命演化过程中扮演着极为重要的角色。目前古菌主要分为4个超级门(广古菌、TACK古菌、阿斯加德古菌和DPANN古菌),近30个门类。本文综述了广泛分布于近岸或深渊等海洋沉积环境中的四类常见的古菌类群[深古菌门(Bathyarchaeota)、乌斯古菌门(Woesearchaeota)、阿斯加德(Asgard)古菌超门和底栖古菌目(Thermoprofundales,Marine Benthic Group D)]的分布与代谢特征的研究进展,以期为进一步开展这几类古菌方面的研究提供线索和启示。     

古菌ESCRT系统研究进展

内体分拣转运复合体（ESCRT,endosomal sorting complex required for transport）曾被认为是真核生物特有的系统,涉及膜重塑、泛素化蛋白质分拣等重要细胞生命过程。近年的研究显示,TACK（包括Thaumarchaeota、Aigarchaeota、Crenarchaeota和Korarchaeota门）古菌超门中存在着一类与分泌膜囊泡、古菌病毒出胞以及细胞分裂过程等膜重塑过程相关的细胞分裂（Cdv,cell division）系统,该系统中的CdvB和CdvC是真核生物ESCRT-III和Vps4的同源蛋白,提示真核生物ESCRT系统可能起源自古菌。然而,由于TACK古菌中缺少真核生物ESCRT系统的其他关键成分,这一假设仍有争议。最近发现的阿斯加德（Asgard）古菌是一类被认为与真核生物最近缘的古菌,其基因组具有较完整的ESCRT相关蛋白的编码基因,提示真核生物的ESCRT很可能起源于阿斯加德古菌。本文首先简要介绍真核生物ESCRT系统的组成及生物学功能,然后分别总结TACK古菌的Cdv系统和阿斯加德古菌的ESCRT系统的研究进展,重点讨论它们的组成及生物学功能,为进一步了解古菌ESCRT系统与真核生物起源的关系提供参考。     

深部生物圈古菌的研究进展与展望

古菌作为深部生物圈中常见的原核生物,广泛分布于各类海洋沉积生境中,在沉积物生物地球化学循环中发挥着重要作用.由于不同的古菌类群对环境条件存在生理适应性差异,它们分别在近岸沿海和开阔大洋沉积物中构成了厌氧微生物生态系统和好氧微生物生态系统.本文通过对近岸与远洋、沉积物与上覆水体两个不同维度的古菌群落结构进行比较,以及对出...     

Newly discovered Asgard archaea Hermodarchaeota potentially degrade alkanes and aromatics via alkyl/benzyl-succinate synthase and benzoyl-CoA pathway

Asgard archaea are widely distributed in anaerobic environments. Previous studies revealed the potential capability of Asgard archaea to utilize various organic substrates including proteins, carbohydrates, fatty acids, amino acids and hydrocarbons, suggesting that Asgard archaea play an important role in sediment carbon cycling. Here, we describe a previously unrecognized archaeal phylum, Hermodarchaeota, affiliated with the Asgard superphylum. The genomes of these archaea were recovered from metagenomes generated from mangrove sediments, and were found to encode alkyl/benzyl-succinate synthases and their activating enzymes that are similar to those identified in alkane-degrading sulfate-reducing bacteria. Hermodarchaeota also encode enzymes potentially involved in alkyl-coenzyme A and benzoyl-coenzyme A oxidation, the Wood–Ljungdahl pathway and nitrate reduction. These results indicate that members of this phylum have the potential to strictly anaerobically degrade alkanes and aromatic compounds, coupling the reduction of nitrate. By screening Sequence Read Archive, additional genes encoding 16S rRNA and alkyl/benzyl-succinate synthases analogous to those in Hermodarchaeota were identified in metagenomic datasets from a wide range of marine and freshwater sediments. These findings suggest that Asgard archaea capable of degrading alkanes and aromatics via formation of alkyl/benzyl-substituted succinates are ubiquitous in sediments.Subject terms: Microbial ecology, Metagenomics     

Subgroup level differences of physiological activities in marine Lokiarchaeota

Asgard is a recently discovered archaeal superphylum, closely linked to the emergence of eukaryotes. Among Asgard archaea, Lokiarchaeota are abundant in marine sediments, but their in situ activities are largely unknown except for Candidatus ‘Prometheoarchaeum syntrophicum’. Here, we tracked the activity of Lokiarchaeota in incubations with Helgoland mud area sediments (North Sea) by stable isotope probing (SIP) with organic polymers, ¹³C-labelled inorganic carbon, fermentation intermediates and proteins. Within the active archaea, we detected members of the Lokiarchaeota class Loki-3, which appeared to mixotrophically participate in the degradation of lignin and humic acids while assimilating CO₂, or heterotrophically used lactate. In contrast, members of the Lokiarchaeota class Loki-2 utilized protein and inorganic carbon, and degraded bacterial biomass formed in incubations. Metagenomic analysis revealed pathways for lactate degradation, and involvement in aromatic compound degradation in Loki-3, while the less globally distributed Loki-2 instead rely on protein degradation. We conclude that Lokiarchaeotal subgroups vary in their metabolic capabilities despite overlaps in their genomic equipment, and suggest that these subgroups occupy different ecologic niches in marine sediments.Subject terms: Archaeal physiology, Stable isotope analysis, Microbial ecology     

Spatial separation of ribosomes and DNA in Asgard archaeal cells

The origin of the eukaryotic cell is a major open question in biology. Asgard archaea are the closest known prokaryotic relatives of eukaryotes, and their genomes encode various eukaryotic signature proteins, indicating some elements of cellular complexity prior to the emergence of the first eukaryotic cell. Yet, microscopic evidence to demonstrate the cellular structure of uncultivated Asgard archaea in the environment is thus far lacking. We used primer-free sequencing to retrieve 715 almost full-length Loki- and Heimdallarchaeota 16S rRNA sequences and designed novel oligonucleotide probes to visualize their cells in marine sediments (Aarhus Bay, Denmark) using catalyzed reporter deposition-fluorescence in situ hybridization (CARD-FISH). Super-resolution microscopy revealed 1–2 µm large, coccoid cells, sometimes occurring as aggregates. Remarkably, the DNA staining was spatially separated from ribosome-originated FISH signals by 50–280 nm. This suggests that the genomic material is condensed and spatially distinct in a particular location and could indicate compartmentalization or membrane invagination in Asgard archaeal cells.Subject terms: Soil microbiology, Microbial ecology, Archaeal physiology     

Mythical origins of the actin cytoskeleton

The origin of the eukaryotic cell is one of the greatest mysteries in modern biology. Eukaryotic-wide specific biological processes arose in the lost ancestors of eukaryotes. These distinctive features, such as the actin cytoskeleton, define what it is to be a eukaryote. Recent sequencing, characterization, and isolation of Asgard archaea have opened an intriguing window into the pre-eukaryotic cell. Firstly, sequencing of anaerobic sediments identified a group of uncultured organisms, Asgard archaea, which contain genes with homology to eukaryotic signature genes. Secondly, characterization of the products of these genes at the protein level demonstrated that Asgard archaea have related biological processes to eukaryotes. Finally, the isolation of an Asgard archaeon has produced a model organism in which the morphological consequences of the eukaryotic-like processes can be studied. Here, we consider the consequences for the Asgard actin cytoskeleton and for the evolution of a regulated actin system in the archaea-to-eukaryotic transition.