微生物群落通常包含从优势到低丰度范围内的各种菌群。虽然丰富物种在数量上占主导地位,但稀有物种通常表现出更大的多样性(Fuhrman, 2009; Jousset et al., 2017; Magurran & Henderson, 2003)。丰富物种的组成、结构和代谢功能一直是微生物群落研究的主要焦点,证明了它们对群落动态和功能的重大贡献(Jiao et al., 2019; Mo et al., 2018; Pedrós-Alió, 2006)。然而,最近的研究强调了稀有物种在各种生态系统中的重要性,如根际、生物地球化学过程和人体内(Banerjee et al., 2018; Dawson et al., 2017; Lynch & Neufeld, 2015)。尽管相对丰度较低,稀有菌群具有显著的遗传和功能多样性。它们对群落稳定性有重要贡献,在物种相互作用中发挥作用,并作为“微生物种子库”来缓冲环境变化。此外,稀有物种通常比丰富物种表现出更高的代谢活性,突显了它们在微生物生态系统中的生态重要性(Gao et al., 2020; Jia et al., 2018; Xiong et al., 2021)。
稀有菌群也被认为是食品微生物组中的核心功能微生物,例如醋和中国白酒。在醋的发酵过程中,稀有菌群对于维持微生物网络的稳定性和适应性、适应环境变化以及促进醋微生物群的成熟至关重要(Peng et al., 2021a)。此外,使用稀有物种Komagataeibacter europaeus进行生物增强可以增强醋酸代谢并调节发酵性能(Peng et al., 2021b)。同样,在白酒发酵过程中,白酒中的稀有物种增强了群落相互作用,维持了己酸和丁酸的合成代谢功能,这对塑造白酒的风味特征很重要(Mu et al., 2024)。此外,在白酒发酵过程中,发酵谷物中的稀有真菌强调了稀有物种在维持真菌多样性和促进关键真菌之间的合作行为方面的重要性,这对真菌群落的稳定性至关重要(Zhao et al., 2022)。
中国泡菜,也称为中国泡菜或中国泡菜,是一种用盐水腌制并经过乳酸发酵的蔬菜,在中国已有数千年的食用历史,并因其独特的开胃品质和益生元益处而在许多亚洲国家仍然非常受欢迎(Li et al., 2015; Zheng et al., 2023)。泡菜通常是通过发酵萝卜、卷心菜、大蒜、黄瓜和辣椒等蔬菜制成的。传统的自然发酵方法使用6–8%(w/v)的盐溶液,并加入香料和添加剂,在室温(约20–25°C)下放置6–10天进行厌氧发酵(Xiao et al., 2018)。泡菜发酵中的主要微生物通常是乳酸菌,如乳杆菌、Leuconostoc、Weissella和Lactococcus(Wang et al., 2020)。泡菜发酵中的微生物组成和风味受多种因素影响,尤其是原材料。先前的研究表明,原材料选择性地影响微生物群落的组装模式和过程以及风味特征(Jiang et al., 2021; Song et al., 2020)。然而,泡菜中丰富和稀有菌群的微生物分布、组装和共现模式仍不清楚。
由于丰富和稀有细菌亚群通常表现出不同的生态特性,它们的组装机制和对微生物群落相互作用的贡献可能大相径庭,不应一概而论。越来越多的微生物生态学证据表明,尽管相对丰度较低,稀有菌群可以对群落稳定性、相互作用网络和生态系统功能做出不成比例的贡献(Fuhrman, 2009; Jousset et al., 2017)。因此,结合丰富和稀有亚群可以提供对发酵微生物组的更全面的生态理解。在这项研究中,我们使用相同的标准工艺发酵了九种新鲜蔬菜成分。我们研究了丰富和稀有细菌群落在群落组装、微生物相互作用和代谢特征中的作用,包括评估这两种菌群对网络复杂性的影响,以及识别潜在的关键物种。我们的发现阐明了稀有和丰富菌群在泡菜微生物组组装过程、微生物相互作用和代谢功能中的作用,为传统发酵蔬菜的发酵机制提供了生态学视角,并扩展了我们对发酵食品中物种共存的理解。