在不同的农业土壤中，关键的细菌类群通过适应性基因组和代谢策略驱动反硝化作用以及氮氧化物的排放

《Environmental Microbiome》：Keystone bacterial taxa drive denitrification and N2O emission via adaptive genomic and metabolic strategies in contrasting agricultural soils

土壤脱氮过程中关键物种调控机制研究。基于中国黑土与黄潮土对比，通过微生物网络、宏基因组及功能表型分析，发现Ensifer ASV205为两土壤共有的关键菌属，其基因组成和碳氮代谢途径差异导致N?O排放功能分化，揭示环境筛选驱动土壤特异性脱氮过程。

　　

摘要

背景

由微生物群落介导的土壤反硝化作用是氧化亚氮（N₂O）的主要来源，而氧化亚氮是一种强效的温室气体。然而，关键微生物类群在这一过程中的调控作用仍不甚明了，尤其是在不同的土壤条件下。黑土（BS）和潮浆土（FS）是中国两种典型的农业土壤，它们具有不同的N₂O排放潜力，为研究驱动土壤特异性反硝化动态的微生物机制提供了理想的模型。

结果

我们整合了微生物共现网络、宏基因组学和功能表型分析，以识别和表征这两种土壤类型中参与反硝化作用的关键细菌类群。结构方程建模（SEM）和相关性分析显示，关键微生物类群与反硝化速率及N₂O排放模式之间存在密切关联。Ensifer ASV205被确定为两种土壤中均存在的关键微生物类群，并表现出菌株水平的生态位特化。比较基因组分析表明，反硝化基因组成和碳-氮代谢途径的差异使得Ensifer菌株根据环境条件既可以产生N₂O，也可以减少N₂O。

结论

我们的研究结果表明，土壤特异性的反硝化过程和N₂O排放受到关键微生物类群的调控，这些类群通过适应性基因组和代谢策略来应对环境因素的影响。这项研究为理解调控N₂O排放的微生物机制提供了新的见解，并为开发基于微生物组的策略以减少农业土壤中的温室气体排放奠定了基础。