近日，廣東省科學院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所孫蔚旻研究員團隊通過利用地球化學分析、高通量測序、宏基因組測序、隨機森林模型和共現(xiàn)網(wǎng)絡等方法，在微生物在極端環(huán)境中的生存策略研究方面取得了新進展。其相關(guān)研究成果《Arsenic and antimony co-contamination influences on soil microbial community composition and functions: Relevance to arsenic resistance and carbon, nitrogen, and sulfur cycling》發(fā)表在國際環(huán)境領(lǐng)域權(quán)威期刊《Environment International》。

　　由于采礦活動的長期存在，不但對環(huán)境造成了砷和銻的嚴重污染，同時也影響了土著微生物群落的生存。近年來，一些礦區(qū)采用生態(tài)修復的方法，在一定程度上緩解了環(huán)境污染，使土著微生物的結(jié)構(gòu)和功能也隨之發(fā)生了相應變化。本研究選取了石門雄黃礦區(qū)兩個不同污染程度的土壤樣品，以土壤微生物群落在砷和銻污染生境下的代謝潛力為切入點開展研究，通過比較不同污染程度土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的差異，再結(jié)合宏基因組學和多元統(tǒng)計方法，揭示了土壤微生物在此環(huán)境下的代謝潛力及生態(tài)適應性機制。此外，研究還選擇了利用碳、氮、硫循環(huán)相關(guān)的功能基因，評估它們與地球化學參數(shù)的相互作用。

　　研究表明，不同污染程度區(qū)域的微生物群落具有顯著的差異，重污染區(qū)（S1）微生物多樣性大于輕污染區(qū)（S2），菌株Sphingomonas、Nocardioides、Galella、Marmorcola、Bacillus、Lysobacter、Sulfurifustis和Streptomyces在S1顯著富集。共線性網(wǎng)絡分析顯示，砷、銻對微生物群落產(chǎn)生了實質(zhì)性影響。隨后，研究團隊進一步利用宏基因測序分析，檢測到與砷、銻抗性相關(guān)基因：ASNA1、arsR、arsH、ARSC1,arsC、ARSC2,arsC、arsB、aioAB、ACR3，同時砷、銻元素與砷抗性基因、碳固定、氮循環(huán)和硫循環(huán)相關(guān)基因存在顯著正相關(guān)。此外，通過統(tǒng)計分析和功能基因分類分析發(fā)現(xiàn)，菌株Nocardioides、Sphingomonas、Streptomyces、Bradyrhizobium和Burkholderia可能是一些關(guān)鍵物種，且對砷、銻具有較高的耐受性。在共線性網(wǎng)絡分析下，團隊還發(fā)現(xiàn)砷、銻污染富集了一些砷、銻抗性微生物（Nocardioides、Sphingomonas、Streptomyces、Bradyrhizobium和Burkholderia），揭示出土壤微生物在砷、銻污染的極端環(huán)境下的生態(tài)適應性機制，為利用微生物修復重金屬污染場地奠定了理論基礎。

　　孫蔚旻研究員團隊自組建以來，在科研攻堅的道路上不斷開拓進取，提出了微生物在金屬污染極端環(huán)境下的主要生存策略的模型（Environ Sci Technol 2018,52(22):13370?13380; Appl Environ Microb 2018,84(24):e00701-00718; Microb Ecol 2019,78:651–664; Environ Sci Technol 2020,54(10):6082–6093; Environ Sci Technol 2020,54(18):11258–11270）。該研究成果為該模型的進一步完善提供了有力的補充。

本研究利用地球化學參數(shù)、共線性網(wǎng)絡圖和宏基因組等技術(shù)揭示了土壤微生物在砷、銻污染的極端環(huán)境下的生存策略

　　論文信息：

　　Yongbin Li, Miaomiao Zhang, Rui Xu, Hanzhi Lin, Xiaoxu Sun, Fuqing Xu, Pin Gao, Tianle Kong, Enzong Xiao, Nie Yang, Weimin Sun, Arsenic and antimony co-contamination influences on soil microbial community composition and functions: Relevance to arsenic resistance and carbon, nitrogen, and sulfur cycling. Environment International 2021 https://doi.org/10.1016/j.envint.2021.106522

　　（省科學院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所土壤生態(tài)修復研究團隊  李永斌/供稿）