以基因组为中心的宏基因组学揭示了土壤微生物组中的不同磷获取策略
研究背景
土壤微生物群是调节磷循环过程的关键因素。鉴定溶磷细菌并利用它们来释放与土壤矿物结合的顽固性磷酸盐对改善作物养分获取和农田生产力有重要意义。在本研究中，我们结合功能宏基因组学和扩增子测序来研究退耕还林和农田土壤中的微生物磷循环过程。这两种生态系统的微生物磷获取策略存在显著差异。农田土壤以微生物磷溶解策略为主，而退耕还林中土壤微生物则通过高效磷酸盐转运策略来获取缺乏的磷资源。我们进一步鉴定了能够增强磷溶解的关键微生物类群。通过农业管理操纵关键溶磷微生物的丰度将服务于磷肥的高效利用。
主要内容
提高土壤微生物磷溶解潜力是提高农业可持续性的一个有前景的策略，而微生物响应和适应不同土壤磷有效性的相关机制依然有待研究。通过以基因组为中心的宏基因组学和扩增子测序方法，我们研究了农田系统和退耕还林系统中土壤磷循环的微生物机制。土壤有效磷是影响农田系统和退耕还林系统的细菌和真菌群落组成和功能的关键因子。Membrane-bound quinoprotein glucose dehydrogenase(PQQGDH)和exopolyphosphatases(PPX)是农业生态系统中主导的微生物磷溶解基因。相比之下，glycerol-3-phosphate transporters(ugpB、ugpC和ugpQ)在退耕还林系统的土壤中表现出显著更高的丰度。编码PQQGDH的gcd基因是土壤有效磷的最重要预测因子。我们从农业土壤中获得了属于Cyclobacteriaceae和Vicinamibacterales的宏基因组组装基因组(MAGs)。这些MAGs不仅含有gcd基因，还含有编码低亲和力磷转运的pit基因。从退耕还林土壤中获得的MAGs属于Microtrichales和Burkholderiales。这些基因组包含ugp和pst基因，但没有gcd，因此代表了一种磷高效转运获取策略。通过了解农田系统和退耕还林土壤之间不同的微生物磷获取策略，有助于将微生物过程与磷循环联系起来。
主要结果
FIG 4 Abundance of phosphorus transformation-related genes in agricultural and reforestation soils.
https://journals.asm.org/doi/10.1128/msystems.01107-21