MicrobiologyOpen: 土壤细菌DDR的组装机制

First published: 10 May 2019

Journal: MicrobiologyOpen

IF: 2.682

南土所褚老师最新文章，研究了东北玉米田不同空间尺度的细菌群落组装过程。小尺度上均质扩散(homogenizing dispersal)占主导地位，大尺度上变量的选择（variable selection）占主导地位。再次证明了距离衰减(distance‐decay relationship,DDR)规律，即离得近的点群落组成更相似。

由地理因素引起的均质化扩散和扩散限制导致了细菌群落33%的空间周转率。确定性选择过程的影响最大(57%)。生物因素和非生物的环境筛选(主要受土壤pH影响)分别贡献了约37%和63%的变异。

距离衰减模式DDR是指随着地理距离的增加，群落相似性降低的模式。即地理位置相近的群落物种组成更相似。许多研究已经证实了土壤微生物群落中距离衰减模式的存在，也发现了生境异质性和生物地理差异对DDR的贡献。

群落组装过程可以分为五类:

variable selection (VS)

homogeneous selection (HS)

dispersal limitation (coupled with drift) (DL)

homogenizing dispersal (HD)

undominated

VS (HS)是指群落更替是由非生物和生物因素施加的选择压力造成的；

当环境选择较弱时，高(低)扩散效应可导致低(高)的群落周转率，且群落以HD(DL)为主；

地理因素对微生物群落度的影响是分散作用的结果；

HD和HS可以导致较低的群落迁移，而DL和VS可以导致较高的群落迁移，且不同的空间尺度中不同过程的影响会不同。

有研究表明随机过程在小尺度(<900km)上控制细菌群落，而确定性过程在大尺度(>900km)上控制细菌群落。另外，在温带森林的小尺度上土壤真核生物上也观察到了随机作用的主导作用。但是这些研究并没有定量。

本文假设：由于随机过程在更小的空间尺度上具有更大的重要性，较近的地点之间更大的群落相似性主要是因为HD的相对重要性更大。HD更有可能占据主导地位，因为其在地理位置较近的地点的高扩散率。相比之下相对较远群落相似性较低主要是由VS造成的，因为地理距离的增加几乎总是与较大的环境差异相关联，这将筛选出不同生存策略的微生物群落。

采样

9个样点，每个~100 km2，取9个重复。对于每个重复，都是取9个0-10 cm土芯并混合。

515F/907R扩增16S V4-V5区。Resample为14617。

结果

DDR：Sørensen计算距离，幂律分布计算DDR。

定量五种群落组装类别的比例

挑出OTU丰度大于0.001%的进行计算。

β‐nearest taxon index (βNTI)和

Bray‐Curtis‐based Raup‐Crick metrics (RCbray)进行定量计算。

|βNTI| > 2表示确定性选择的主导作用由非生物因素如环境过滤和生物物种间的相互作用等因素。

|βNTI| <2 包含DL,HD和undominated，再用RCbray进一步判断。

RCbray > 0.95 DL占主导地位。

RCbray <-0.95 HD占主导地位。

|RCbray|<0.95 为undominated。

另外，为了更好地量化生物和非生物因素在决定性选择中的作用，将βNTI作为响应变量带入正向选择模型(forward selection model)。先将81个样本的地理距离转化为空间特征向量（PCNM）。其次，在基于距离的冗余分析（用的capscale,应该就是db-RDA）中使用正向选择保留显著的环境变量和PCNM。

另外，作者还将不能被环境变量和PCNM解释的βNTI的那一部分定义为生物因子。因为确定性的选择只能由生物和非生物变量施加。因此群落结构中不能用地理或环境差异来解释的非随机部分可以被定义为生物因素的作用。

对于forward selection，之前写过文章：