Predictions of rhizosphere microbiome dynamics with a genome-informed and trait-based energy budget model

微生物群 根际 特质 生物地球化学循环 生物 基因组 基因组 计算生物学 生化工程 生物系统 生态学 计算机科学 细菌 遗传学 基因 程序设计语言 工程类
作者
Gianna L. Marschmann,Jinyun Tang,Kateryna Zhalnina,Ulaş Karaöz,Heejung Cho,Beatrice Le,Jennifer Pett‐Ridge,Eoin Brodie
出处
期刊:Nature microbiology [Nature Portfolio]
卷期号:9 (2): 421-433 被引量:17
标识
DOI:10.1038/s41564-023-01582-w
摘要

Abstract Soil microbiomes are highly diverse, and to improve their representation in biogeochemical models, microbial genome data can be leveraged to infer key functional traits. By integrating genome-inferred traits into a theory-based hierarchical framework, emergent behaviour arising from interactions of individual traits can be predicted. Here we combine theory-driven predictions of substrate uptake kinetics with a genome-informed trait-based dynamic energy budget model to predict emergent life-history traits and trade-offs in soil bacteria. When applied to a plant microbiome system, the model accurately predicted distinct substrate-acquisition strategies that aligned with observations, uncovering resource-dependent trade-offs between microbial growth rate and efficiency. For instance, inherently slower-growing microorganisms, favoured by organic acid exudation at later plant growth stages, exhibited enhanced carbon use efficiency (yield) without sacrificing growth rate (power). This insight has implications for retaining plant root-derived carbon in soils and highlights the power of data-driven, trait-based approaches for improving microbial representation in biogeochemical models.
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