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      研究人員揭示了微生物如何應(yīng)對(duì)缺磷的熱帶土壤
      
			
      
				2019-04-30 09:08:19
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			  來(lái)源：
			
      
		
      
				
		
      
			
      由能源部橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組發(fā)現(xiàn)了某些土壤微生物如何應(yīng)對(duì)貧磷環(huán)境，以便在熱帶生態(tài)系統(tǒng)中生存。他們的新方法可以應(yīng)用于其他生態(tài)系統(tǒng)，以研究各種養(yǎng)分限制，并為農(nóng)業(yè)和陸地生物圈建模提供信息。
      

      研究人員揭示了微生物如何應(yīng)對(duì)缺磷的熱帶土壤
      

      磷是全球生物過(guò)程的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)素，例如在光合作用過(guò)程中收集太陽(yáng)的能量，降解植物殘骸和土壤有機(jī)質(zhì)。大多數(shù)熱帶生態(tài)系統(tǒng)都能承受從土壤中浸出磷的長(zhǎng)期風(fēng)化。
      

      ORNL領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始探索土壤微生物群落如何在分子水平上對(duì)缺乏磷和其他營(yíng)養(yǎng)素缺乏做出反應(yīng)。
      

      他們?cè)诎湍民R共和國(guó)的史密森熱帶研究所收集了土壤樣本，這是一個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，富含磷的地塊和未受精的控制地塊。
      

      “這是測(cè)試最佳覓食理論的理想場(chǎng)所，這是一種有助于預(yù)測(cè)生物體在尋找資源時(shí)的行為的模型，”田納西大學(xué)ORNL高級(jí)科學(xué)家兼聯(lián)合副教授Chongle Pan說(shuō)。“我們了解到這種理論在應(yīng)用于微生物群落時(shí)如何發(fā)揮作用，因?yàn)樗鼈兏?jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)。”
      

      該團(tuán)隊(duì)分析了許多基因和蛋白質(zhì)的行為，在磷缺乏的未經(jīng)處理的土壤中，他們發(fā)現(xiàn)了負(fù)責(zé)產(chǎn)生磷獲取酶的基因數(shù)量增加。他們還發(fā)現(xiàn)了100多種基因，這些基因可以從植酸鹽中提取磷，這是一種在植物組織中發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜有機(jī)化合物。
      

      研究多種環(huán)境過(guò)程的ORNL高級(jí)研究員科學(xué)家Melanie Mayes說(shuō)：“找到這么多基因來(lái)分解并運(yùn)輸這樣一個(gè)復(fù)雜的分子告訴我們微生物在未經(jīng)處理的土壤中渴望磷。”
      

      相反，她指出，當(dāng)磷豐富時(shí)，需要更多的基因來(lái)獲得復(fù)雜的碳化合物。“微生物群體優(yōu)先考慮最需要的營(yíng)養(yǎng)素的分解，重點(diǎn)放在最有限的元素上，以平衡他們的整體營(yíng)養(yǎng)需求，”她說(shuō)。
      

      該團(tuán)隊(duì)通過(guò)一系列嚴(yán)格而全面的分析來(lái)運(yùn)行每個(gè)土壤樣本。美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所對(duì)土壤的宏基因組或直接從土壤中回收的遺傳物質(zhì)進(jìn)行了深度測(cè)序。然后，ORNL使用質(zhì)譜和元蛋白質(zhì)組學(xué)來(lái)鑒定每個(gè)樣品中超過(guò)7,000種蛋白質(zhì)。
      

      ORNL的Titan超級(jí)計(jì)算機(jī)快速分析了大量的宏基因組學(xué)和元蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)，比較了富磷和貧土壤中的微生物活動(dòng)。環(huán)境分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家進(jìn)一步描述了太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的土壤有機(jī)質(zhì)。
      

      Pan說(shuō)，這些獨(dú)特的工具共同開(kāi)展了對(duì)土壤微生物群落進(jìn)行的最深入的蛋白質(zhì)組學(xué)研究之一。
      

      橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)的研究小組計(jì)劃繼續(xù)他們的研究，以表征生態(tài)和演化土壤中營(yíng)養(yǎng)貧乏的環(huán)境中的微生物群落，在全球擁有農(nóng)業(yè)和陸地生物圈建模應(yīng)用。此外，Mayes和她的團(tuán)隊(duì)正在根據(jù)DOE早期職業(yè)研究計(jì)劃獎(jiǎng)將宏基因組學(xué)信息納入養(yǎng)分循環(huán)模型。
      
			

			
        
      
			
      
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