2020年3月23日，Nature旗下微生物生态学顶级期刊The ISME Journal（IF2018 = 9.493）在线发表了我院李金天教授团队题为“Novel phosphate-solubilizing bacteria enhance soil phosphorus cycling following ecological restoration of land degraded by mining”的研究论文。该论文首次揭示了重金属矿业废弃地生态修复过程中驱动土壤磷循环的关键微生物类群。
磷是生物体必需的三大元素之一，但它在土壤中的生物有效性较低，导致磷限制普遍存在于全球各类陆生生态系统。因此，提高土壤磷循环的效率已成为陆生生态系统管理或修复的主要目标之一。然而，目前学界对陆地生态系统管理或修复过程中磷循环及其微生物机制知之甚少。
李金天教授团队选择典型的缺磷生态系统——重金属矿业废弃地作为研究对象，运用宏基因组学等技术，探讨了重金属矿业废弃地生态修复过程中土壤磷的变化特征及其微生物驱动机制。结果发现，生态修复措施能显著提高废弃地的土壤磷循环效率，主要体现为修复区域的土壤有效磷浓度以及与磷循环相关的微生物功能基因的相对丰度均显著高于未修复区域。编码细菌葡萄糖脱氢酶（一种能溶解土壤中难溶性无机磷的关键酶）的gcd基因在已修复和未修复区域土壤样品中均为相对丰度最高的磷循环功能基因，同时也是土壤有效磷浓度的最重要影响因子。在通过宏基因组分箱（binning）重构的424个高质量单菌基因组中，39个基因组含有gcd基因，代表了一系列未被分离培养的溶磷微生物类群（图1）。这些基因组在土壤样品中的相对丰度与有效磷的含量呈现很强的相关关系（图1），表明相关的微生物在提高修复后土壤磷循环效率方面发挥了重要的作用。此外，在上述39个基因组的gcd基因附近找到了84个可移动遗传元件，暗示了病毒（噬菌体）参与的水平基因转移能帮助一些微生物获得新的与磷循环相关的代谢潜能。这些发现对了解驱动其它类型陆地生态系统土壤磷循环的关键微生物也有借鉴意义。
图1：39个含有gcd基因的高质量单菌基因组（bins）及其潜在作用分析。
该研究论文以我院为第一和通讯作者单位。我院梁洁良博士、中山大学生命科学学院刘俊博士和我院贾璞博士为论文共同第一作者，我院李金天教授为论文唯一通讯作者。该研究得到国家自然科学基金优秀青年科学基金、面上项目、青年基金和广东省重点领域研发计划项目等的支持。
论文原文链接：http://h-s.www.nature.com.p.scnu.edu.cn/articles/s41396-020-0632-4
撰搞人：李金天
审稿人：阳成伟