山东大学海洋研究院林璐团队通过种间互作研究揭示出近海木质素降解菌群中非降解者的重要性

近日，海洋研究院碳汇团队林璐教授课题组在Nature Communications发表了题为“Modeling bacterial interactions uncovers the importance of outliers in the coastal lignin degrading consortium”的研究论文。该论文聚焦近海潮间带木质素降解菌群的非降解者，基于系统生物学研究策略，解析了菌群中木质素降解者和非降解者通过氨基酸、有机酸和醇类等物质的交叉喂养，提升菌群的整体性能，为理解海洋菌群代谢陆源有机碳提供了新的视角。海洋研究院博士研究生彭倩楠和中国农科院深圳农业基因组研究所研究员赵程为该论文共同第一作者，林璐教授为通讯作者，山东大学为第一署名单位。

木质素是地球上丰富的陆源有机碳，其结构具有高度的异质性和复杂性。微生物已经进化出多样化的酶和代谢途径来分解木质素，从而推动全球碳循环和能量循环。自然界中微生物形成群落共同完成木质素的转化，并抵御环境的扰动。这表明菌群在木质素转化方面相较于单一物种更具优势。然而不同物种，尤其是那些没有明显生理功能的物种在菌群中的作用仍不清楚。因此，研究菌群中不同物种间的相互作用模式及其生态功能，对解析陆源有机碳生物转化、缓解气候变化至关重要。

本论文通过“自上而下”的富集策略，获得一个近海木质素降解细菌菌群（LD）。通过高通量测序和细菌生理分析发现LD菌群主要是由木质素降解者Pluralibacter gergoviae 组成，其丰度高达98%，其余约2%物种均为非降解者。进一步研究发现菌群的生长和木质素降解能力均显著优于单菌株P.gergoviae，暗示了非降解者在木质素降解中的作用。通过全基因组代谢模拟，代谢物组分析和生长实验，解析出P.gergoviae降解者和其余三株非降解者Vibrio alginolyticus, Aeromonas hydrophila 和 Shewanella putrefaciens间的种间互作，阐明了降解者和非降解者之间的交叉喂养模式，揭示了非降解者在复杂聚合物降解中被忽视的角色。

该研究不仅揭示非降解者在木质素降解中的积极作用，还提供了“自下而上”构建利用木质素的合成菌群的新见解，为高效调控微生物群落带来新的视角。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的支持和资助，并为“海洋负排放国际大科学计划（ONCE）”作出贡献。