中国农大新闻网讯 近期，土地科学与技术学院王钢教授的土壤与水生态系统生物物理研究组（Soil and Water Ecosystems Biophysics，简称SWEB）在微生物群落空间互作取得多项进展；多项研究成果陆续在《细胞》子刊《当代生物学》（Current Biology）和《自然》子刊《国际微生物生态学通讯》（ISME Communications）发表。

微生物空间组织模式广泛存在于自然和人工环境中，比如医疗、工业和生态系统等，是微生物形成和维持特定群落结构并发挥功能的主要方式，也是形成和维持微生物群落多样性的关键机制。然而，由于微生物群落的复杂性及相关研究方法的局限性，微生物空间组织模式方面的研究目前仍然处于起始阶段。王钢教授课题组的相关研究详细阐述了微尺度下微生物的互作过程及互作机制，将为理解和维持环境微生物多样性提供了有力的理论基础。

在生物膜形成过程中，微生物种群间通过主动或者被动的生物过程所形成的独特空间结构，称为空间组织模式。微生物空间组织模式是微生物维持群落结构和功能的关键方式，也是自然界中微生物维持高度多样性的驱动机制之一。王钢教授SWEB课题组联合瑞士联邦水科学与技术研究所David R. Johnson教授组成合作研究团队，以液滴蒸发介导的微观水动力学作为切入点，研究其对微生物群落的界面附着过程和区域扩张的影响。通过实验和理论分析，研究发现蒸发引起的微观水动力学效应改变了微型液滴内部的流场，从而调控微生物的空间分布，并因此显著提升个体细菌间基因交流的频率。进一步的分析表明，液滴蒸发缩短了个体细胞间距，有利于抗生素抗性基因转移的过程发生。这项研究有助于从微观水动力学的角度理解环境微生物群落组织的形成和群落互作的过程，为预测微生物群落的发展规律提供理论依据。相关研究结果以“液滴蒸发诱导的微观水文动力学促进微生物种群之间的水平基因接合转移”（Evaporation-induced hydrodynamics promote conjugation-mediated plasmid transfer in microbial populations）为题发表在Nature系列环境科学顶尖期刊《国际微生物生态学通讯》（ISME Communications）。王钢教授课题组博士生阮楚晋为论文唯一第一作者，王钢教授和瑞士联邦水科学与技术研究所David R. Johnson教授为论文共同通讯作者（中国农大为论文第一单位）。全文参见：https://www.nature.com/articles/s43705-021-00057-5

由于环境中往往同时存在细菌和真菌，王钢教授和博士研究生阮楚晋与相关联合研究团队进一步通过真菌菌丝物理结构研究了细菌群落在环境中多样性的维持机制。研究将真菌菌丝形成的水域网络引入到细菌区域扩张的实验系统当中，并用基于个体的计算仿真模拟对细菌空间结构的形成机制进行探索。研究结果表明真菌菌丝水域网络对微生物多样性的维持、区域扩张的程度以及水平基因转移都具有积极的影响。这项研究为真菌-细菌互作提供了一个新的视角，并在一定的程度解释了细菌在环境中多样性维持的机制以及与区域扩张形成的悖论。相关研究结果以“真菌菌丝参与调控细菌多样性并促进群落区域扩张过程中质粒诱导的种群功能的新颖性”（Fungal hyphae regulate bacterial diversity and promote plasmid-mediated functional novelty during range expansion）为题发表在生物交叉科学顶尖期刊《当代生物学》（Current Biology）（2022年11月）（5年影响因子12.621）。王钢教授课题组博士生阮楚晋为论文第一作者，王钢教授和瑞士联邦水科学与技术研究所David R. Johnson教授为论文共同通讯作者（中国农大为论文第一单位）。全文参见：https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=4131646

除了细菌、真菌外，王钢教授和博士研究生阮楚晋继续深入探究噬菌体对微生物群落空间互作的影响。目前课题组已成功分离多株土壤来的噬菌体，并对其基因组进行了注释和解析。相关研究结果以“一个新蜡状芽孢杆菌噬菌体SWEP1的表型和基因型特征”（Phenotypic and genotypic characterization of the new Bacillus cereus phage SWEP1）为题发表在生物学期刊《病毒学档案》（Archives of Virology）。王钢教授课题组博士生阮楚晋和硕士生牛欣尧为论文共同第一作者，王钢教授为论文唯一通讯作者（中国农大为论文第一单位）。

全文参见：https://link.springer.com/article/10.1007/s00705-021-05222-8

鉴于以上连续研究成果，王钢教授课题组为《微生物学通报》撰写关于微生物空间互作相关的综述论文，发表题为“空间组织模式—微生物群落组装的“游戏”规则”的重要综述论文。我校土地学院王钢教授课题组博士研究生阮楚晋和韩苗为论文共同第一作者，王钢教授为论文共同通讯作者（中国农大为论文第一单位）。

全文参见：https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=cjfq&dbname=CJFDAUTO&filename=wswt202210027

课题组研究得到了中国农业大学2115人才培育发展支持计划、国家高层次青年人才项目、国家自然科学基金和国家重点研发专项等科研项目的支持。

更多研究成果可访问王钢教授课题组（SWEB）网页：http://sweb.cau.edu.cn/

供稿：土地科学与技术学院

供图：土地科学与技术学院

编辑：李杨

责编：于哲 马文哲

来源：中国农业大学新闻网