近日,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所農(nóng)業(yè)微生物資源團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌之間對(duì)抗性與親緣性的聯(lián)系,該研究為理性設(shè)計(jì)合成菌群微生物肥料提供理論依據(jù)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。
據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所研究員張瑞福介紹,同一生態(tài)環(huán)境中的多種微生物之間通過(guò)營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)(爭(zhēng)奪養(yǎng)分等“食物”)和拮抗競(jìng)爭(zhēng)(以抗生素作為“武器”殺死或抑制對(duì)方)爭(zhēng)奪各種資源。種間競(jìng)爭(zhēng)是影響微生物群落的關(guān)鍵因素,一般微生物間親緣關(guān)系越近,營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)也越激烈,但菌株間拮抗強(qiáng)度與遺傳距離的關(guān)系與相關(guān)機(jī)制還存在很多爭(zhēng)議。
該研究對(duì)芽孢桿菌屬4000多個(gè)全基因組進(jìn)行了比較分析,發(fā)現(xiàn)菌株間親緣關(guān)系越遠(yuǎn),其次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成基因簇(主要負(fù)責(zé)合成抗生素等“武器”)的差異也越大。隨后發(fā)現(xiàn)代表性芽孢桿菌間親緣關(guān)系越遠(yuǎn),則彼此抑制越強(qiáng)烈,反之亦然。突變體實(shí)驗(yàn)證明,典型根際有益芽孢桿菌SQR9通過(guò)其自身特有而靶標(biāo)菌缺失的抗生素來(lái)發(fā)揮拮抗作用。綜上所述,研究揭示了在芽孢桿菌屬內(nèi)菌株間遺傳距離越大,則彼此的抗生素“武器”差異也越大,相互間的抑制也越強(qiáng)烈。該成果不僅解釋了達(dá)爾文在《物種起源》中提出的物種競(jìng)爭(zhēng)與親緣性之間關(guān)系的重要生態(tài)學(xué)問(wèn)題,同時(shí)為設(shè)計(jì)菌群微生物肥料提供了理論依據(jù)。
圖為拮抗菌通過(guò)其特有的抗生素抑制不同親緣關(guān)系的靶標(biāo)菌?中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所供圖
該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。