近日，中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所農業微生物資源團隊創新性地提出并驗證了一種新的評估微生物群落穩定性的平均變異度指數，將群落穩定性指數化，揭示了土壤微生物的氮磷代謝的特殊性生態功能和相關細菌類群在維持微生物群落穩定中的重要作用。相關研究成果在線發表在《微生物組（Microbiome）》上。
據張瑞福研究員介紹，土壤微生物活動是驅動土壤生態系統物質循環和養分轉化的重要因素，土壤生態系統服務功能的可持續性取決于土壤微生物組的穩定性。近年來，土壤微生物多樣性損失對生態系統的威脅在國際上廣受關注，微生物多樣性與生態系統功能穩定性的相關研究成為熱點。
研究團隊基于土壤微生物群落高通量測序數據，提出并驗證了一種新的評估微生物群落穩定性的平均變異度指數（Average Variation Degree, AVD），將群落穩定性指數化，該模型具有不受組內樣本數量限制的優點。研究發現，隨土壤微生物多樣性下降，群落平均變異度指數提高，穩定性降低。構建隨機森林機器學習模型分析了微生物群落的功能基因組成，發現土壤“氮代謝”和“磷代謝”相關的功能基因是決定群落穩定性的最關鍵功能；同時，構建功能基因共現網絡發現這些關鍵功能基因也是網絡關鍵樞紐成員，這些樞紐功能基因隨微生物多樣性下降而減少，導致共現網絡模塊性降低，穩定性下降。進一步對“氮磷代謝”功能基因進行物種注釋發現，所有細菌類群的相對豐度都隨微生物多樣性下降而降低，其中以硝化螺旋菌屬（氮代謝）和芽單胞菌屬（磷代謝）為代表的類群可能是維持土壤微生物群落穩定的核心成員。該研究對破譯土壤微生物多樣性和系統生態功能之間的關系具有重要的指導意義，可以為未來調控土壤微生物組促進土壤生態功能的穩定發揮提供理論指導。
該研究得到國家自然科學基金、中國農科院創新工程、中國科協青年人才托舉工程等項目資助。（通訊員 金云翔）
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https://doi.org/10.1186/s40168-020-00985-9
