The ISME Journal
温度介导潮间带可培养木质纤维素降解群落的生物多样性与代谢

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该研究揭示了环境温度对潮间带可培养木质纤维素降grading细菌群落的深远影响，发现高温环境下群落多样性下降但木质素降解能力增强，主要由具有多种代谢通路的代谢广宿主菌驱动。这一成果为沿海地区碳循环研究提供了新视角，也为未来微生物群落工程提供了理论基础。

 

文献概述
本文《Temperature mediates biodiversity and metabolism of culturable lignocellulose-degrading consortia from intertidal wetlands》，发表于《The ISME Journal》杂志，回顾并总结了中国沿海潮间带地区木质纤维素降解细菌群落的生物多样性与代谢活性的温度依赖性。文章通过培养实验与多组学分析，揭示了环境温度对群落组成与功能的显著影响，为沿海碳循环研究提供了新线索。

背景知识
木质纤维素是陆地有机碳的主要组成部分，其在沿海生态系统中的降解过程对碳循环至关重要。潮间带湿地作为陆海过渡区域，具有复杂的微生物群落动态和环境扰动特征。已有研究表明，木质素降解微生物在土壤和森林中表现出温度正相关，但在海洋环境中尚未明确。本文填补了这一空白，通过系统性培养实验，结合16S rRNA测序与宏转录组分析，进一步验证了代谢理论（MTE）在潮间带微生物群落中的适用性。研究还发现，高温环境下群落组成向代谢广宿主菌倾斜，这些菌株具有更强的木质素降解能力，为理解沿海碳循环与微生物适应机制提供了新视角。

 

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研究方法与实验
研究团队从中国沿海10个地点（18.27°N至39.82°N）采集潮间带沉积物样本，使用硬木（白杨）、软木（松木）和草本（稻草）木质纤维素作为培养基质，在30°C条件下进行连续传代培养。随后通过测定菌群生长速率、木质纤维素和木质素降解能力，结合16S rRNA扩增子测序与宏转录组分析，评估群落多样性与功能基因表达变化。

关键结论与观点

• 环境温度显著影响潮间带可培养木质纤维素降解菌群的代谢速率和生物多样性，符合代谢理论（MTE）预测。高温地区菌群表现出更高的木质素降解活性，但多样性下降。
• 白杨木质素降解菌群对温度变化最敏感，其代谢活化能（Ea）最高，表明该群落的代谢速率随温度变化最显著。
• 高温环境下，代谢广宿主菌（如Paenibacillus xylanilyticus和Priestia flexa）在木质素降解中占主导地位，其基因表达涉及DypB酶及相关辅助酶（poxB、gox、nuoE）。
• 低温地区菌群则依赖更多代谢专宿主菌种，如Oceanobacillus iheyensis和多个Paenibacillus种，其木质素降解通路较单一。
• 群落组成变化与温度梯度密切相关，高纬度/低温群落多样性较高，低纬度/高温群落则以少数广宿主菌为主。
• 研究还发现，木质素降解效率与群落α多样性呈负相关，表明在统一培养条件下，广宿主菌通过功能补偿机制提升降解效率。

研究意义与展望
该研究为沿海木质纤维素降解微生物的地理分布与功能调控提供了新的生态学视角，强调环境温度对群落结构和代谢功能的主导作用。未来研究可进一步探索不同培养条件对菌群适应性的影响，并利用合成微生物群落实验验证广宿主菌与专宿主菌的代谢协同机制。此外，结合宏基因组与环境组学数据，有望深入解析木质素降解微生物的生态适应性与碳循环反馈机制。

 

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结语
本研究系统分析了中国沿海潮间带木质纤维素降解菌群的地理分布、生物多样性及代谢特征，揭示了环境温度作为主要驱动因子的作用。研究发现，高温环境下，代谢广宿主菌通过增强木质素降解能力补偿生物多样性下降，而低温群落则由多个代谢专宿主菌组成。这一结果为沿海碳循环研究提供了新的理论框架，并为微生物群落工程提供了基因调控与功能优化的潜在策略。通过结合多组学技术与生态模型，研究进一步支持代谢理论在潮间带生态系统中的适用性，为未来气候变化背景下的碳动态预测提供了参考。

 

Jiyu Chen, Min Yang, Qichao Tu, and Lu Lin. Temperature mediates biodiversity and metabolism of culturable lignocellulose-degrading consortia from intertidal wetlands. The ISME Journal.