科研 Nature Communications：人类细菌病原体RNA图谱揭示了与感染相关的应激动力学

  瑞典于默奥大学分子生物学系、瑞典分子感染医学实验室 (MIMS)、于默奥微生物研究中心 (UCMR)的Kemal Avican等人于2021年6月2日在Nature Communications发表题为《RNA atlas of human bacterial pathogens uncovers stress dynamics linked to infection》的文章。具有不一样遗传和生理特征的细菌病原体通过调节其转录组，共同感知和响应宿主的外部变化。这种反应往往是复杂的，而调控网络的协同调节在感染的不同阶段对不同的定殖生态位的感知和适应是至关重要的。比较基因组学研究为咱们提供了细菌病原体多样性的知识。然而，不同的病原体如何以及何时利用不一样的基因产物来应对人类宿主所遇到的相同压力，这样的一个问题还有待进一步科学解释与回答。本研究中，分析了32种不同病原菌在11种与感染相关的应激条件下的表达谱。数据收集在一个互动的RNA图谱库 (中。根据功能和同源性对不同细菌的基因进行分组，并计算出在特定环境中受调控的概率。这些分数可用来鉴定保守的和物种特异的普遍应激反应基因（USRs），而这些基因在多种应激条件下表达各异。保守的USRs含有许多已知的抗菌靶点，可当作新靶点研究的潜在来源。本研究结果还表明，非编码RNA（ncRNAs）在应激环境中受到不同的调控，并能从数据集中探索新的ncRNAs。

  摘要：细菌适应应激宿主环境所必需的生化过程是新型抗菌剂的潜在靶点。在本研究中，我们报告了在11种模拟人类宿主环境的应激条件下生长的32种人类细菌病原体的大规模转录组学分析。体外应激条件和反应的潜在相关性通过与临床重要病原体的体内转录组的比较得到了支持。用概率得分计算对应激反应进行了比较性的跨微生物分析，揭示了对不同应激的共同和独特的调节反应，以及参与不同应激反应的重叠过程。我们鉴定了保守的和物种特异性的“普遍应激反应者”，即在多种应激条件下基因的表达出现了改变。非编码RNA参与了大部分反应。这一些数据收录在了一个免费的、交互式的在线资源库（PATHOgenex）中。

  通讯作者单位：瑞典于默奥大学分子生物学系；瑞典分子感染医学实验室 (MIMS)；于默奥微生物研究中心 (UCMR)

  科研NatureCommunications：一项初步研究证实婴儿肠道微生物群组成与非社会恐惧行为有关

  美国北卡罗来纳大学精神病学系、密西根州立大学儿科学与人类发展系的Rebecca C. Knickmeyer等人于2021年6月2日在NatureCommunications发表题为《Infant gut microbiome composition is associated with non-social fear behavior in a pilot study》的文章，本研究从北卡罗来纳大学和雷克斯医院招募了34名婴儿作为这项前瞻性纵向队列试点研究的参与者，并收集婴儿的粪便样品进行微生物组分析、16S rRNA扩增子测序、测序数据分析、行为评估、采集图像并分析结构图像等，根据结果得出微生物组与非社会恐惧之间有3种不同的关系：（1）微生物定植的差异导致恐惧的差异；（2）婴儿的恐惧反应影响肠道微生物组的定植；（3）微生物组是其他一些因素的代理。本研究还表明，婴儿肠道微生物群可能参与了恐惧反应的发展轨迹，而且这种关系可能涉及扁桃体。正如本研究所测，婴儿时期的行为抑制可预测成年后的内在精神病理。总之，本研究是证明微生物组在人类神经发育中的相关性和重要性的重要一步，可能会对精神障碍和行为问题产生一定的影响，这样一些问题的特征是不正常的恐惧反应，包括社交焦虑、恐惧症或冷酷无情的情绪特征。

  摘要：动物模型中肠道微生物的实验操作改变了恐惧行为和相关的神经回路（neurocircuitry）。对人类来说，生命的第一年是大脑发育、产生恐惧以及肠道微生物群建立的关键时期。婴儿肠道微生物群的变化与认知发展（cognitive development）有关，但其与恐惧行为和神经回路的关系尚不清楚。

  在本研究这项34名婴儿的试点研究中，我们得知1年的肠道微生物组成（Weighted Unifrac；拟杆菌属Bacteroides的丰度较低，韦荣氏球菌属Veillonella、小类杆菌属Dialister和梭状芽孢杆菌Clostridiales的丰度增加）与非社交恐惧范式下的恐惧行为（fear behavior）增加具有非常明显相关关系。1个月微生物群落丰富度增加和均匀度降低的婴儿也会表现出更多的非社交恐惧。这项研究以1个小队列为基础，揭示了人类婴儿肠道微生物群与恐惧行为的关联，以及可能与恐惧相关的大脑结构的关系。因此，它代表了理解肠道微生物在人类恐惧行为发展过程中的作用的重要一步，但还需要更加多参与者的进一步验证。

  通讯作者单位：美国北卡罗来纳大学精神病学系、密西根州立大学儿科学与人类发展系

  科研 Microbiome：肠道微生物群和宿主遗传学对鸡饲料利用率的共同贡献

  中国农业大学畜禽育种国家工程实验室杨宁教授和孙从佼副教授团队于2021年6月1日在Microbiome发表题为《Joint contributions of the gut microbiota and host genetics to feed efficiency in chickens》的文章，本研究通过整合分析鸡全基因组变异特点和肠道微生物组组成数据，深入探讨了宿主遗传变异和肠道菌群的关联及其对饲料利用率的影响。根据结果得出了宿主有几率存在调控自身特定肠道微生物的机制，也揭示了宿主基因型和肠道微生物之间的交互作用影响鸡饲料利用率。该研究系统评估了宿主遗传和各肠段微生物的联系及其对饲料利用率的贡献，挖掘与饲料利用率关联的遗传变异和肠道微生物，将为通过遗传选育和肠道菌群调控提高饲料利用率奠定重要理论基础

  摘要：饲料成本占据大部分的家禽养殖总成本，提高饲料利用率对于提高养殖效益和养殖可持续性至关重要。饲料利用率除受宿主遗传调控外，也受宿主“第二基因组”——肠道微生物的影响。然而，肠道微生物群与宿主遗传学之间的关联以及它们对鸡饲料利用率的影响尚不清楚。在这里，我们检查了206只鸡的十二指肠、空肠、回肠、盲肠和粪便的微生物数据及其宿主基因型，并证实微生物表型和共现网络在消化道上表现出显著的空间异质性。不同采样点内宿主遗传亲缘关系和肠道微生物相似性之间的相关性较弱。然而，微生物全基因组分析表明基因MTHFD1L和LARGE1附近或内部的遗传标记分别与盲肠中Megasphaera和Parabacteroides的丰度相关。宿主遗传对剩余饲料摄入量（residual feed intake，RFI）的影响为39%。我们进一步确定了三个独立的遗传变异，它们与饲料利用率相关，对肠道微生物群有一定的影响。来自肠道不一样的部位的肠道微生物群对RFI的贡献是不同的。盲肠微生物群占RFI方差的28%，高于十二指肠、空肠、回肠和粪便微生物群。此外，六种细菌表现出与RFI的显著相关性。具体而言，低丰度的十二指肠Akkermansia muciniphila和盲肠的Parabacteroides以及高丰度的盲肠Lactobacillus、Corynebacterium、Coprobacillus、Slackia与高的饲料利用率相关。研究结果支持了宿主遗传学和肠道微生物群可以驱动饲料利用率变化的观点。尽管宿主遗传对整个微生物群落的影响有限，但一小部分肠道微生物倾向于与宿主基因相互作用从而共同提高饲料利用率。

  科研 Gut Microbes：养猪对人体肠道微生物群的影响：空气微生物群落的作用

  瑞士伯尔尼大学传染病研究所Markus Hilty等人于2021年6月1日在Gut Microbes发表题为《Influence of pig farming on human Gut Microbiota: role of airborne microbial communities》的文章，目前对于职业性微生物暴露是否以及如何与人类肠道微生物群的变化相关的过程了解很少。一般来说，很少有人知道接触化学物质或生物气溶胶是否与肠道微生物群组成的变化有关，进而影响人类健康。此外，动物研究表明，职业环境中使用的一些化学物质（例如各种杀虫剂和金属）可以引起微生物组的变化。本文旨在研究养猪工人和猪之间的职业接触也可能会引起人类肠道细菌群落的改变。研究包括以下三个方面：（1）概述养猪对人类盲肠微生物群的潜在影响；（2）确定来源于猪直肠拭子、猪舍采集的空气样本和养猪工人粪便的16S rRNA测序的共享序列变异体（ASVs）；（3）确定人类、猪和空气中是不是真的存在猪场特定微生物群。结果发现，来源于猪的肠道微生物群序列变异体（ASVs）可通过空气传播，进入人体内，进而改变人肠道微生物组。

  摘要：据推测，遗传和饮食都会影响人类盲肠微生物群的组成。然而，目前尚不清楚职业性接触微生物是否以及怎么样影响人类肠道中的微生物群落。本研究访问了26个猪场，收集了养猪工人的粪便标本（n=59）、猪舍空气样本（n=19）和猪在三个不同生长阶段的直肠拭子（n=144）。以养牛工人的粪便样本作为对照组（n=22）。使用16S rRNA基因测序和DADA2管道对每个样本的微生物群进行表征。

  通过多元变异分析，本研究得到了养猪和养牛工人的微生物组成有显著差异的聚类（PERMANOVA;P 0.001）。与接触养牛的工人相比，主要接触养猪的工人具有更高的Prevotellaceae相对丰度和更少的Bacteroidaceae丰度。本研究还发现，养猪工人粪便样品的微生物组成与他们养的猪的样品有广泛的部分相同。本文还鉴定了空气微生物群中可能参与人畜共患病传播事件的扩增子序列变异（ASVs）。

  本文假设源自猪粪便的ASVs被雾化，通过呼吸，被吸附在养猪场工人的上呼吸道中，进而被吞咽进入肠道内。因此，一些与动物相关的ASVs被转移到胃肠道（GITs），因此导致人类肠道微生物群组成的变化。这对人类健康的重要性必须进一步研究。

  科研Gut Microbes：粪菌移植后氧敏感的严格厌氧菌定植不能改善肠易激综合征患者的症状

  肠易激综合征 (IBS)以反复发作的腹痛为特点，并伴随其他症状，如排便频率改变、腹泻、腹胀或便秘，影响着全世界内10-15%的人口。IBS的病因目前尚不完全清楚，肠道菌群异常改变造成的肠道低峰度炎症可能与IBS相关。既往研究之后发现，与健康对照组相比，IBS患者肠道微生物多样性较低，并伴有某些细菌丰度的变化。近年来粪菌移植 (FMT)作为一种调节肠道微生物群的策略，通过将健康粪便捐赠者体内的微生物群平衡地移植到病人体内，治疗可能由菌群失调引起的疾病。因此，有人提出，来自健康捐赠者的FMT能改变IBS患者失调的肠道菌群，使其向“正常”的优生状态转变。然而，目前使用FMT治疗IBS的研究显示出了不同的结果。2021年6月1日丹麦哥本哈根大学植物与环境科学系Lars Hestbjerg Hansen教授团队在Gut Microbes发表题为《Engraftment of strictly anaerobic oxygen-sensitive bacteria in irritable bowel syndrome patients following fecal microbiota transplantation does not improve symptoms》的研究，采用了此前一项随机对照临床试验的微生物组数据，通过对测序数据来进行扩增子序列变体 (ASVs) 重分析，并对治疗后4个不同时间点 (2周和1、3、6个月)做多元化的分析，全面评价了FMT治疗后移植菌群的动态变化，以及这些变化是否与临床疗效相关。

  摘要：肠道微生物群失调与肠易激综合征(IBS)有关。目前正在研究探索粪菌移植(FMT)作为一种治疗方案的可行性。对于FMT后微生物的定植机制以及某些微生物的定植是否与IBS的临床改善相关仍然知之甚少。我们采用了来自一项先前FMT/安慰剂胶囊治疗IBS的安慰剂对照试验的微生物组数据，通过评估FMT组和安慰剂组之间扩增子序列变体(ASVs)丰度和微生物多样性(CHAO-1丰富度)的增加、损失和变化，来研究治疗后15天和1、3、6个月的微生物植入情况。将这一些数据与IBS症状严重程度评分(IBS- SSS)的变化作比较。每天服用 25 粒多供体 FMT 胶囊进行为期12天治疗后，受体的微生物组发生了显著的短期和长期变化，这种变化至少持续6个月。其中，来自关键属的各种厌氧菌，如Faecalibacterium、Prevotella和Bacteroides发生持续定植，微生物多样性增加，特别是在初始多样性低的患者中。接受FMT治疗的受体ASVs减少，而安慰剂组中这种改变要少得多。治疗后FMT应答者和无应答者间的ASVs并没有更大程度的增加。在接受FMT胶囊治疗后，IBS患者的肠道微生物组发生了持续至少6 个月的重大长期变化。这些变化都与临床改善无关。肠道微生物群与IBS病因之间的关系仍有待解决。

  关键词：粪菌移植，FMT，肠易激综合征，肠道微生物组，菌群失调，移植，多样性，厌氧菌，扩增子序列变体，肠道清洁

  科研 Soil Biol. Biochem.：样品常见预处理对关键土壤微生物特性的影响

  德国Thünen气候智能型农业中心Christopher Poeplau等人于2021年6月1日在Soil Biology and Biochemistry发表题为《Impact of common sample pre-treatments on key soil microbial properties》的文章。本研究的问题是样品预处理怎么样影响微生物碳利用效率（CUE）和由18O标记方法得出的微生物代谢的相关参数，以及哪种预处理最合适，尤其是与宏基因组学分析相结合时。因此，本研究调查了：i）不同的样品预处理（冷冻和解冻、干燥和再湿润以及新鲜储存）怎么样影响CUE分析和相关参数，即呼吸速率、土壤微生物生物量C、提取的总DNA以及基于真菌、细菌和古细菌的标记基因拷贝数的估计丰度；ii）两种截然不同的土地使用类型（农田和森林）的土壤是否受到类似影响。另外，Me站点的数据可能指向18O-CUE评估的方法学缺陷。本研究希望鼓励科学同事在已发布的数据中保留此类异常值，以便识别和克服方法学问题。

  摘要：土壤样品在分析前的预处理被认为会影响微生物活动和群落参数，但建议存在分歧，而且没有最佳实践或标准化的实验室协议。对于微生物碳利用效率（CUE）作为分配给合成代谢的C与总代谢C的比率参数，样品预处理的影响是不可预测的，因为微生物代谢的潜在参数可能会受到不同的影响。在处理或土地利用的比较中，了解土壤是否受到预处理的类似影响是很重要的。基于五个不同的配对地点（每个地点都有农田和森林），评估了六种常见预处理对18O-CUE和相关参数的影响，即呼吸速率、土壤微生物生物量C、提取的总DNA、估计的真菌、细菌和古菌丰度。六种常见预处理是：（i）立即分析田间新鲜的土壤样品，以及对（ii）田间新鲜、（iii）风干、（iv）烘箱40℃干燥、（v）-20℃冷冻和（vi）干冰和液态氮原地冷冻的土壤样品进行14天预培养后的分析。实验揭示了两种主要的发现。首先第一个发现是14天的预培养具有最明显的效果，与现场新鲜样品相比，微生物呼吸率、生长率和微生物生物量C平均减少28%~63%，这表明容易获得的底物影响相关的微生物活动。即使经过14天的预培养，干燥和再润湿也会导致森林土壤样品中微生物呼吸率增加64 ± 53%（风干）和86 ± 65%（烘箱干燥），被已知为Brich效应。然而，作为比率参数的CUE不受样品预处理的影响，在预培养14天后只有微小的变化。预处理（包括预培养）对农田和森林样本的影响类似，但有一个例外：森林土壤中真菌的估计丰度随着的干燥和再润湿而增加。这表明干燥的农田土壤可能会产生适当的群落数据，而森林土壤以更复杂的方式响应土壤干燥。得到的结论是，无论土壤样品是干燥和再润湿、冷冻和解冻，还是新鲜储存，都可以从土壤样品中得出CUE值。

  关键词：碳利用效率；18O标记；干燥和再润湿；Brich效应；冷冻和解冻；预培养

  科研 FEMS Microbiology Ecology：在原生桦树林中建立云杉人工林降低了土壤的真菌多样性

  挪威奥斯陆大学遗传与进化生物学实验室的Håvard Kauserud等人于2021年5月31日在FEMS microbiology ecology发表题为《Establishment of spruce plantations in native birch forests reduces soil fungal diversity》的文章。该研究针对挪威西部地上树种由桦树逐步被云杉取代对种植区土壤性质和地下土壤真菌群落的影响进行了实验设计。在最大限度降低植树造林前气候和土壤条件变化影响的条件下，通过分别在新建人工云杉种植林和已达到演替后期的原生桦树林取样，结合土壤理化性质分析、DNA宏条形码技术和生物量检测，使得完成不同森林类型中的土壤分析成为可能。研究评估了不同土壤因子是如何受树种迁移的影响；分析了土壤真菌群落的总体组成、多样性和生物量的变化，以及土壤因子与真菌群落变化的相关关系；评估了不同森林类型和土壤层的真菌群落功能的组成。该研究能为后续森林微生态研究提供理论基础，并为林业可持续发展建设提供参考。

  摘要：挪威云杉的种植园已在世界许多地方建立并远超其自然范围，这可能会对当地微生物的生态系统及其介导的过程造成影响。在本研究中，我们探讨了在挪威西部一个以原生桦树为主要景观的树林，建立云杉种植园是怎么样影响土壤性质及地下真菌群落的。研究采用的土芯收集自邻近的云杉种植林和原生桦树林。我们采用针对rDNA的ITS 2区的DNA 宏条形码技术和麦角甾醇含量测定，分别对真菌群落组成及其生物量进行了调查。在调查的两个土壤层中（凋落物和腐殖质），真菌群落组成、多样性和生物量受树种变化的强烈影响。原生桦树林中的真菌群落组成明显丰富，这中间还包括许多人工云杉林中不存在的真菌。相比之下，云杉林具有较高的外生菌根真菌相对丰度以及较高的真菌生物量。因此，在原生桦树林中种植挪威云杉会导致多样性的显著降低，但外生菌根真菌的生物量会增加，这可能会影响碳固存过程和ECO功能。

  关键词：人工林；挪威云杉；土壤真菌；外生菌根；真菌群落；DNA宏条形码技术

  科研 Plantand Soil：食草昆虫提高不添加硝态氮土壤中豆科植物-根瘤菌的共生作用，并增加地上部生物固定氮的分配

  美国马里兰大学昆虫学院，德州农工大学昆虫系，Morgan N. Thompson和William O. Lamp于2021年5月31日在Plantand Soil发表题为《Herbivoryenhances legume-rhizobia symbioses function, increasing aboveground allocation of biologically fixed nitrogen, but only in soils without additional nitrate》的文章。植物根系通过吸收营养和分泌根际分泌物改变土壤微生物和营养循环，进而影响长期的土壤肥力。为应对生物和非生物胁迫（如，干旱、病原菌），根系会利用有益微生物来增加自身的营养吸收。这些有益微生物包括菌根真菌、根际细菌和根瘤菌。固氮根瘤菌与豆科植物互利共生，根瘤菌为豆科植物固定大气中的氮，而豆科植物为根瘤菌提供大量光合作用固定的碳，氮是限制豆科植物生长的一个关键常量元素。然而，豆科植物和根瘤菌间并不总是互利互惠的关系，这受到许多因素的影响，如土壤氮肥施用，另外，非固氮寄生根瘤菌会改变昆虫对豆科植物的取食，进而影响植物-取食相互作用中的固氮作用。检测不同水平硝态氮添加下取食的效应能大大的提升对豆科植物如何改变与根瘤菌相互作用和氮固定分配的认识。本研究探究了硝态氮和地上昆虫取食怎么样影响豆科植物-根瘤菌的共生关系，以及植物营养的地上和地下分配模式。结果发现，硝态氮添加影响M.sativa对取食的响应，改变地上和地下部固定氮的分配。考虑到固氮增加特定氨基酸量，未来的研究应该探究响应取食的固定氮的蛋白质或化合物，以及它们在植物防御中的作用，这将能让我们明确这些响应背后的机制。我们的研究补充了取食怎么样影响不同非生物条件下植物-微生物共生关系方面的现有知识，对于提高对自然和农业ECO中这些相互作用的理解具备极其重大意义。

  摘要：目的土壤有益微生物，如根瘤菌，兼性共生在豆科植物（宿主）根部，为植物固定氮，而植物通过光合作用给根瘤菌提供有机物，这些共生作用受到生物和非生物因素的影响。本研究中，我们探究硝态氮添加和地上昆虫取食的相互作用怎么样影响苜蓿（Medicagosativa，紫花苜蓿或苜蓿）的生物氮固定。

  方法采用田间和温室实验，根据不同取食和硝态氮添加水平下植物氮同位素比值，定量根瘤菌固定的地上和地下部氮。用铁笼将马铃薯叶蝉（Empoasca fabae）限制在固定和非固定品种的M.sativa上，并给土壤施用不同浓度的硝态氮。

  结果我们检测到取食和不同水平硝态氮添加下，豆科植物地上和地下部氮固定的强烈变化。在田间和温室实验中，不管是否取食，中量硝态氮添加对氮固定分配没有或者有很小的影响。只有在田间实验中，不添加硝态氮处理下，取食增加了地上部氮固定，而对地下部氮固定没影响。相比而言，温室实验中，与添加中量硝态氮处理相比，不添加硝态氮和添加高量硝态氮中土壤地上和地下部氮固定增加。

  结论我们的结果说明取食改变不同硝态氮添加水平下的植物分配策略，这将进一步提升我们对根瘤菌影响豆科植物地上和地下部的理解。根瘤菌-豆科植物共生中取食诱导的变化很可能广泛存在于农业和自然生态系统中。

  关键词：叶蝉Medicago，根瘤菌，地上/地下相互作用，互利共生，氮肥

  译名：食草昆虫提高不添加硝态氮土壤中豆科植物-根瘤菌的共生作用，并增加地上部生物固定氮的分配

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