今天要分享给大家的是一篇发表在Nature上的一篇佳作全球表层土壤微生物的结构和功能，美格基因的技术支持对本篇佳作进行了详细解读，一起来欣赏一下吧。
作者利用宏基因组+16S+18S+ITS的方法，对全球个地点，个样本进行了微生物群落结构和功能、微生物与环境关联的系统分析。多组学方法相结合，采样量可观，数据量巨大，结果鲜明而显著。这是一项超大规模，超大范围的微生物研究，可从中汲取精华，学以致用。
一、文章摘要
为了更好地理解土壤功能，模拟土壤微生物的全球分布模式和功能基因库，以及细菌、真菌群落多样性和功能之间的生物和环境关联非常有必要。
作者通过对全球表土样本（个地点、个样品）的宏基因组和标记基因数据进行分析，发现以下几个重要的结果：
1、细菌的遗传多样性在温带环境中最高。
2、与地理距离相比，环境变异对微生物基因组的组成影响更大。
3、真菌和细菌表现出的全球性的生态位分化，与降水和土壤pH有关。
4、海洋和表层土壤生境中的抗生素抗性基因体现了细菌-真菌强烈的拮抗作用，也表明生物间的相互作用是影响微生物群落的重要因素。
5、竞争和环境都影响细菌和真菌群落的丰度、组成以及编码基因的功能，表明这些微生物对全球营养循环的相对贡献存在地理差异。
二、研究背景
微生物群落在生物地球化学过程中的特定作用体现在它们的分类组成、生物相互作用以及基因功能。目前微生物-生物地理研究大多集中于单个的分类群以及它们的多样性和组成如何对当地非生物土壤因素（如pH等）做出反应，但其全球模式、生物之间相互作用对微生物生物地理的影响依然未知。另外，除了环境因素，生物间相互作用可能严重影响细菌群落。
本研究分析了种表土共个样品（涵盖世界上所有陆地地区和生物群落）中系统发育、物种多样性及丰度对生物或非生物因子的响应。
三、部分方法
1、样品采集
沿纬度梯度，对全球不同植被类型（森林、草地、苔原等）的个样点的复合土壤样品进行采样。（图1）。
图1采样点的地理描述
2、DNA提取和数据分析
取2g样品提取总DNA。其中，个样品用于宏基因组，以及个样品用于宏条形码分析。
四、主要结果
1、全球表土微生物多样性分布规律
从极地到热带，很多宏观生物(尤其是植物)的多样性增加，这种趋势叫做纬度的多样性梯度（LDG）。作者研究了LDG是否适用于微生物的全球分布模式，发现与典型的LDG相反，细菌的分类和基因功能多样性在中纬度地区达到最高值，而向极地和赤道地区，多样性呈现下降的趋势（图2a，c）。
与细菌相反，LDG更适用于真菌整体的分类多样性，但是并不适用于功能多样性。温带微生物群落的真菌功能多样性最低，和纬度呈现反向单峰关系(图2b,d)。
虽然真菌分类多样性向极地下降，但是真菌总生物量和真菌/细菌生物量的比值则越往极地越高，这个现象的部分原因可能是，随着纬度的增加细菌的生物量下降。
图2全球土壤样品中细菌和真菌分类学和基因功能多样性的纬度分布
2、微生物群落与环境变量的关系
为了更加具体地研究环境参数和全球范围内微生物分类分布、基因功能之间的关联，作者使用了多元回归建模的方法。
结果发现，细菌多样性、相对丰度、生物量等都可以通过土壤pH、营养浓度以及较小程度的气候变化来解释（图3，图4）。其中，细菌群落组成和土壤pH相关性最强，其次是气候变量，尤其是年平均降水量（MAP）。而细菌基因功能多样性和MAP的相关性最强（图3c，g），LDG曲线走势更陡峭，这可能由于特定代谢功能和气候的相关性强于和土壤条件的关系。
尽管土壤和气候变量和真菌群落存在一定的相关性，但是土壤碳氮比是真菌生物量、相对丰度以及基因功能组成的重要预测指标（图4b,d)。
图3土壤PH和MAP与细菌、真菌分类多样性以及功能多样性的关系
图4全球土壤样品中细菌和真菌的主要分类和功能类别的相关性及最佳随机森林模型
3、抗生素抗药基因的研究(ARGs)
由于资源竞争影响真菌和细菌的生物量，作者提出假设，细菌/真菌生物量比值与真菌的流行及细菌的抗生素抗性能力相关。随着高碳/氮比环境中真菌抗生素产量的增加，真菌利用复杂碳基质的活动比细菌更多。与假设一致，研究发现，真菌生物量和细菌/真菌生物量的比值，均与ARGs的相对丰度相关（图5）。土壤碳氮比和水分是影响细菌/真菌丰度比值、全球ARGs相对丰度的主要因素（图6）。
图5ARG的相对丰度和微生物生物量的关系
图6土壤和海洋中ARG的相对丰度的最优结构方程模型
以上就是美格基因技术关于全球表层土壤微生物的结构和功能的解读了。美格基因引进了高通量qPcr测序服务，如有兴趣敬请到美格基因网站了解。
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