我院微生物生态学团队在水体微生物群落与功能的驱动因子研究上取得的进展

        微生物群落是许多重要的生物地球化学循环的主要参与者，对水体生态系统的功能影响颇深。通过研究群落结构和功能多样性的联系，预测全球气候变化背景下生物多样性如何影响生态系统功能对微生物生态学领域尤其重要。因此，基于全球938个水体微生物宏基因组数据，我们分析了微生物群落结构与功能丰度之间的相关性，研究了微生物群落与宏基因组功能在不同水体生态环境之间的差异，探讨了驱动水体微生物群落与功能变化的主要环境因子（图1）。

图1. 水体微生物宏基因组样品的全球分布图

结果发现，全球水体微生物功能相似性与群落结构相似性呈现显著的正相关，对数模拟要好于线性，证明了水体微生物群落结构的多样性能显著地影响潜在的宏基因组功能的表达（图2）。

图2. 基于相关性分析研究全球水体微生物功能组成与群落结构相似性

水体微生物群落结构和功能组成在不同水体生态系统之间存在显著的差异，但是群落结构的差异要大于功能组成，证明了水体微生物群落功能存在相当的冗余性（redundancy），从而帮助维持功能组成的稳定性（图3）。

图3. 水体微生物功能结构和群落组成在不同水体生态系统的差异

最终，通过将水体生态系统分类为淡水和盐水系统，证明了水体盐度是解释微生物群落结构和功能组成多样性分布的重要环境因素，揭示了驱动水体微生物群落结构主导宏基因组功能的主要原因是环境盐度造成的（图4）。

图4. 环境盐度主导水体微生物功能结构和群落组成的多样性分布

研究结果以“Salinity drives functional and taxonomic diversities in global water metagenomes”为题发表于国际微生物学期刊Frontiers in Microbiology（中科院生物大类二区）；我院陈怀海副教授和杨玉春助理教授为共同通讯作者，我院储诚进教授、马嘉欣副教授、马子龙副教授、陈浩副教授，黄愉硕士研究生作为合作作者参与了该项目的工作。（全文链接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2021.719725/full）