氮循环功能基因的生物地理分布模式研究取得进展

来源：中山大学2021-12-05 20:26

微生物(细菌和古生物等。)是全球生物地球化学循环的重要驱动力。阐明微生物生物地理分布及其驱动过程对于预测环境变化将如何影响生物地球化学循环非常重要。过去，微生物生物地理学的研究往往集中在物种水平。然而，越来越多的研究表明，由于微生物群落固有的功能冗余，微生物群落的功能变化通常与其物种组成的变化脱钩，功能结构与环境变化和生态系统功能的关系比物种结构更为显著。

微生物(和古生物学等。)是全球生物地球化学循环的重要驱动力。阐明微生物生物地理分布及其驱动过程对于预测环境变化将如何影响生物地球化学循环非常重要。过去，微生物生物地理学的研究往往集中在物种水平。然而，越来越多的研究表明，由于微生物群落固有的功能冗余，微生物群落的功能变化通常与其物种组成变化脱钩，功能结构与环境变化和生态系统功能的关系比物种结构更为密切。因此，有必要直接研究微生物功能基因的生物地理分布，以更好地了解环境变化对生物地球化学循环的潜在影响。

氮循环是地球上最重要的生物地球化学过程之一。在自然界中，氮可以以各种价态(-3至5)存在，不同价态之间的转化主要由微生物驱动。目前，我们对微生物氮循环功能基因的生物地理分布了解不够，一定程度上阻碍了对自然氮循环的系统认识。

近日，中山大学生命科学学院李文军教授团队以珠江口沉积物为研究体系，利用宏观技术和分析手段，揭示了珠江口关键氮循环功能基因多样性和丰度的生物地理分布特征。

发现珠江口沉积物中参与反硝化和硝酸盐异化还原为铵的功能基因比参与其他过程(即固氮、硝化和亚硝酸盐还原同化)的功能基因具有更高的多样性(图2)。

此外，参与同一途径(如反硝化作用)的氮循环功能基因对环境变化的反应不一致(图3)，参与不同氮循环步骤的主要群体也不同(图4)，这在一定程度上解释了为什么单个功能基因的丰度往往不能可靠地代表特定的氮循环过程速率。这项研究从生物地理学的角度扩展了我们对氮循环过程的理解。这项研究的思路也适用于其他生境，随着宏基因组数据的积累，我们最终可以绘制出氮循环功能基因的全球分布图。这张地图将为我们从生物地理学的角度理解全球氮循环提供重要的基础背景信息。(100yiyao.com)

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