Specialized metabolic functions of keystone taxa sustain soil microbiome stability

生物 微生物群 生物多样性 系统发育多样性 梯形物种 微生物生态学 生态学 分类单元 系统发育树 生态系统 土壤微生物学 基因组 进化生物学 遗传学 基因 细菌 土壤水分
作者
Weibing Xun,Yunpeng Liu,Wei Li,Yi Ren,Wu Xiong,Zhihui Xu,Nan Zhang,Youzhi Miao,Qirong Shen,Ruifu Zhang
出处
期刊:Microbiome [Springer Nature]
卷期号:9 (1) 被引量:325
标识
DOI:10.1186/s40168-020-00985-9
摘要

Abstract Background The relationship between biodiversity and soil microbiome stability remains poorly understood. Here, we investigated the impacts of bacterial phylogenetic diversity on the functional traits and the stability of the soil microbiome. Communities differing in phylogenetic diversity were generated by inoculating serially diluted soil suspensions into sterilized soil, and the stability of the microbiome was assessed by detecting community variations under various pH levels. The taxonomic features and potential functional traits were detected by DNA sequencing. Results We found that bacterial communities with higher phylogenetic diversity tended to be more stable, implying that microbiomes with higher biodiversity are more resistant to perturbation. Functional gene co-occurrence network and machine learning classification analyses identified specialized metabolic functions, especially “nitrogen metabolism” and “phosphonate and phosphinate metabolism,” as keystone functions. Further taxonomic annotation found that keystone functions are carried out by specific bacterial taxa, including Nitrospira and Gemmatimonas , among others. Conclusions This study provides new insights into our understanding of the relationships between soil microbiome biodiversity and ecosystem stability and highlights specialized metabolic functions embedded in keystone taxa that may be essential for soil microbiome stability.
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