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《科学》刊发世界首份优势土壤细菌地图
发布时间: 2018-02-22 14:54:26| 作者:本站编辑| 来源: 本站原创

2018119日出版发行的最新一期《科学》(Science)期刊登载了由欧盟研究理事会(ERC资助的、西班牙胡安·卡洛斯大学费尔南德?麦斯特雷等人合作完成的报告《全球优势土壤细菌地图》(A global atlas of the dominant bacteria found in soil)。

   

土壤细菌在调节陆地碳动态、养分循环和植物生长方面起着关键作用,但是土壤细菌群的巨大多样性阻碍了人类对其自然历史和分布进行有效记载。该项研究分析了来自六大洲237个地区的土壤,发现只有2%的、约500个细菌种群一直占据着世界范围内土壤细菌群的近半数;尽管细菌种类极其丰富,但能在世界各地土壤中富集的细菌种类相对偏少。研究人员将这些优势细菌种类归入其生态类群,建立了世界第一份土壤细菌群落地图。

   

这一成果把极其丰富的细菌种群数量减少到“最受欢迎”的程度,为今后研究人员开展旨在更好理解土壤微生物及其对生态系统的作用相关基因和养殖研究提供帮助。


延伸阅读一:


项新的研究将土壤细菌的巨大多样性缩小到“最想要”的清单,这将为未来对影响养分循环、土壤肥力和其他重要的生态功能的细菌进行研究和操纵提供指导。

 

论文说:“尽管土壤中的微生物存在极大的多样性,但511种细菌就占了全球土壤细菌群落的一半,尽管它们只是所有土壤微生物的种类的2%都不到(总量为25,224种)。”

 

该论文的主要作者,来自美国科罗拉多大学波德分校环境科学合作研究所(Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences, CIRES)的Manuel Delgado-Baquerizo博士说:“通过这项研究,我们已开始打开黑盒子,并且正在更好地理解生活在我们的土壤中的微生物。”

 

土壤细菌占地球生物量中的很大一部分,并且促进关键的土壤过程,如碳循环和养分有效性。但是,尽管经过了几十年的研究,生活在土壤中的细菌仍未获得较多的理解,这是因为这些细菌物种有数万种。大多数细菌物种仍未得到描述,它们并不与现有的基因组记录相匹配,并且在实验室中尚未成功地培养。

 

论文的另一位主要作者,同样来自CIRESNoah Fierer博士说,“不可思议的是,即便是在土壤中发现的最具优势的细菌,我们知道的仍然不多。迄今为止,它们中的很多细菌甚至还没有名字。”

 

为了做好研究,Delgado-BaquerizoNoah Fierer及其同事从六大洲十八个国家的237个不同地点收集了土壤样本,涵盖了从沙漠到草原到湿地的全部气候区。随后,他们利用DNA测序鉴定出在每个地点发现的细菌类型,并确定哪些细菌物种存在于不同类型的土壤中。

 

研究人员报告称,这些样本变化很大。一些样本包含数百个种系型,而另一些则包含数千个。这些细菌占了所有样本16S rRNA基因序列的41%,并在六大洲都存在。

 

之后,研究人员利用随机森林模型,试图确定这些种系型是否具有栖息地偏好。他们的模型考虑了15个环境变量,如干旱、紫外线辐射水平和土壤pH值。他们发现,在511个主要种系型中,一半以上具有可预测的栖息地偏好。研究人员指出,土壤pH值、季节降雨量和植物生产力是细菌丰度的最佳预测因子。

 

其中,200个种系型可以根据相似的偏好分成五大类:高pH值、低pH值、干旱地、植物生产力低下和干燥林环境。每个类别包含一系列门类的种系型,这表明了栖息地偏好与系统发育无关。

 

不过,研究人员还是研究了每个类别成员的基因组,看看它们是否有共同特征。尽管其中四个类别的样本数量有限,但他们还是发现对于干旱地的细菌,18个基因的相对丰度增加。其中包括MnhMrp基因,它们都编码膜转运蛋白,并与细菌耐受碱性或高盐环境有关。

Fierer 说,“鉴于我们拥有这个清单,我们真地能够把我们的研究工作的重点放在这些主要细菌群体的分类上,观察它们存在于哪里,它们发挥什么作用。”对土壤细菌的身份和功能的持续研究可能导致未来的农业应用。

 

Delgado-Baquerizo说,“最终,更多地了解这些细菌可能允许我们改善土壤健康和肥力。如今,我们能够做很多事情,我们有一些易于理解的信息。”


延伸阅读二

该项目由欧盟研究理事会(ERC)资助。欧洲研究理事会(European Research Council-ERC)于2007年2月27日正式启动。 欧洲理事会现任轮值主席、德国总理安格拉• 默克尔、欧盟科研委员波托斯尼克(Jazez Potocnik)和众多欧洲议会议员参加了在德国柏林举行的启动仪式。 默克尔在致辞时认为ERC的成立是一个具有里程碑意义的事件,将有助于整个欧洲的发展。同时她强调了ERC要取得成功的三大要素:追求卓越,国际合作和研究自由,尤其是“卓越”和“独立”将成为ERC今后工作的基点。

 

作为欧盟第七框架计划的一部分,ERC是一个泛欧洲的科学资助机构。ERC基本工作原则是在追求卓越的基础上,鼓励研究人员在所有领域自由地开展前沿研究,将根据追求卓越、鼓励原创以及灵活性与原则性相结合的原则,用尽量简单的程序对项目进行资助。

 

建立欧洲研究理事会的想法始于2001年,呼声最初主要来自科学界,其目的主要是为欧洲的基础研究争取更多资助,使欧洲能够应对21世纪新的挑战。欧洲以往在科学方面的资助主要集中在创新和应用科学研究。然而,没有基础研究,应用研究也无从谈起。欧盟也认识到基础研究的重要性,ERC的成立为欧洲基础研究提供了稳定的资金保障,它将在新的高度为整个欧洲科研水平的提高做出贡献。

 

2006年12月18日,经欧洲议会批准,ERC及其7年共75亿欧元的预算获得正式批准,并于2007年2月6日开始第一轮项目招标。ERC项目仅采用招标形式,并只受理网上申请。申请不限领域,包括自然科学、工程、社会科学和人文科学等。项目申请人根据招标要求填写并提交项目简介,如获批准将填写正式申请书。将采用同行评议,从申请人的科研潜力、项目的科学质量及科研环境与资源等方面对项目进行评估。

 

ERC将建立20个专家评审组来负责项目的评审,每组约10名专家。同时还将建立包括1000到2000名函评专家在内的专家评审库,负责项目第二受理阶段的评审工作。

目前,ERC主要资助以下两类项目:

 

 “ERC独立研究人员启动基金”项目(简称启动基金):资助刚刚建立第一个研究团队或拿到第一个项目的优秀科研人员开展独立研究。申请人不分国籍,在欧盟及相关国家居住或即将迁往这些国家。资助金额约为每年10万至40万欧元,项目执行期限最多为5年。

 

 “ERC高级研究人员基金”项目(简称高级基金):资助由顶级科研人员主持开展的创新性科研工作。资助强度为每年10万至50万欧元,执行期限最多五年。

 

ERC的启动还仅仅是个开始,参加启动仪式的所有人希望它能够带来更多研究机会、更多竞争、更多投入和更好的基础设施,同时它的成立将有助于改进同行评议体系和促进高水平的科学研究。正如波托斯尼克所说,ERC的启动是“雪球效应”的开端,希望它能够促进欧洲科学的更大发展。

 

欧盟及其成员国是我国国际科技合作的重要伙伴,在中欧双方的共同努力下,中欧科技合作机制日益完善,合作规模稳步扩大,合作内容不断丰富,成效显著。中欧科技合作日益成为发展中欧全面战略合作伙伴关系的重要内容。

(综合科技部官网 搜狐 原文:http://science.sciencemag.org/content/359/6373/320.ful综合整理l

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