91 / 2023-10-18 15:41:59

铬污染土壤中病毒功能装配随机性促进宿主功能冗余且走向确定性

群落装配; 功能装配; 病毒与宿主细菌交互作用; 铬污染土壤

污染土壤中，微生物群落装配以确定性过程筛选并富集降解菌，随机性过程促进群落功能冗余两种手段克服群落扰动，进而协助生态系统恢复与重建。然而，在土壤污染条件下，病毒与宿主细菌群落的装配机制尚未见报道。本研究在中国西北部以及中国西南部两个典型铬渣污染场地采集铬污染土壤（有效铬浓度为0.11-465.4 mg/kg）。使用宏基因组及宏病毒组测序技术探究铬污染土壤中土著细菌及噬菌体群落装配特征。发现：1) 随土壤铬浓度增加，土著细菌分类水平alpha多样性下降 (p<0.05)，但细菌基因alpha多样性变化则相对稳定 (p>0.05)，且土著细菌物种与功能的丰度组成变化出现解耦现象，以上发现意味着细菌存在功能冗余; 2) 土著细菌及病毒类群装配均由确定性过程主导。随铬污染浓度升高，土著细菌功能装配由随机性过程转为确定性过程（NST值由0.52下降至0.19），但病毒功能装配则呈现相反趋势（NST值由0.34上升至0.83），由此暗示细菌与病毒不同的抗逆策略；3) 噬菌体-宿主相互关系结果显示，细菌与病毒生态位宽度联系紧密且均呈下降趋势。基于CRISPR间隔序列以及tRNA匹配方法进行宿主预测，发现变形菌门及放线菌门为噬菌体主要宿主，且多价噬菌体比例随铬浓度升高而增加。迁移率结果表明，噬菌体较细菌而言较少受到扩散限制的影响，且噬菌体功能装配NST值与宿主Simpson指数呈显著正相关（p<0.05）。说明在逆境条件下病毒功能装配的随机性有助于宿主实现功能冗余并向确定性方向演化，进而协助宿主抵御土壤中铬的逆境毒害。本研究从病毒与宿主细菌群落交互作用的角度，阐释了铬污染土壤中病毒与宿主细菌的装配机制，可以为深入理解和调控铬污染土壤中病毒与宿主细菌群落之间的相互关系，制定病毒-宿主偶联的微生物修复策略提供科学依据。