柽柳叶际微生物的生物地理分布格局及其形成机制研究

The study of microbial biogeographic patterns and their shaping machenisms, which enables predictions of where certain organisms can survive and how they respond to changing environments, is the cutting-edge and hotspots in the research field of microbial ecology. Phyllosphere is a ephemeral or short-term island-like habitat. Microbial community in phyllosphere is relatively simple and the relationships with the affect factors are relatively obivious. Hence, study of micribial community in phyllosphere can faciliate the researchs into microbial biogeographic patterns and their shaping mechanisms. Tamarix is a globally distributed plant, which improve desert environments and reverse desertification. Phyllosphere of Tamarix is a habitat mixed with elevated salinity, oligotrophy, high UV-radiation, and periodic desiccation. Microorganisms in phyllosphere of Tamarix are suitable materials to study of microbial biogeographic patterns and adaption mechanisms to extreme environments. This project will investigate the microbial communities in phyllosphere of Tamarix spp. which distributed in different geographical locations and in different types of habitats. Metagenomics study with high-throughput sequencing techniques and bioinformatics analysis methods will apply to study colonization mechanisms and spatio-temporal variations of microbial communities in phyllosphere. With the macro-environmental and climatic data and results of micro-environment analyses, how microorganisms in phyllosphere response to environmental changes will be studied. Consequently, microbial biogeographic patterns and their shaping machenisms will be illustrated to provide scientific support and guidance for seeking unique microbial resources.

研究微生物的生物地理分布格局及其形成机制，可以预测特有微生物的生存场所及其对环境变化的响应，是微生物生态学领域的前沿热点。由于叶际生境经具有短暂性岛屿生态系统的特征，其微生物群落组成相对简单，影响群落组成的因素相对明显，有利于探讨微生物生理地理分布格局及其形成机制。柽柳是广泛分布于全球、能改善荒漠环境的重要植物，其叶际微环境具有高盐、寡营养、高紫外辐照和阶段性干旱等特点，可作为研究微生物生物地理分布格局和微生物适应极端环境机制的理想材料。本项目拟以分布在不同地理位置和不同生境下的柽柳属植物叶际微生物为研究对象，采用模拟和室内分析相结合的方法，运用环境宏基因组高通量测序技术和生物信息学手段，研究叶际微生物群落的建立机制和时空变化规律；结合环境气象数据和叶际微环境分析，探讨叶际微生物对环境变化的响应机理，进而阐明叶际微生物生物地理分布格局及其形成机制，为寻找特有微生物种质资源提供科学指导。

对来自中国、美国和地中海地区160多个柽柳叶际微生物及相关样品的分析，阐明了柽柳叶际微生物的生物地理分布格局及其形成机制，进一步通过对同质园中不同云杉微生物组的研究，对叶际微生物群落的建群过程及其影响因素进行解析，揭示了建群过程的核心是特性的叶际微环境对微生物功能类型的筛选过程，为利用叶际微生物促进农业和林业生产奠定基础。主要研究结果如下：.1）.柽柳叶际微生物群落组成相对比较简单，其物种丰富度低于塑料假叶上的微生物群落，优势菌群主要来自变形菌门，在目水平以下各个样品之间的差异性比较大。.2）.叶际微生物的来源主要是叶片新形成时气溶胶中的微生物种子库，叶际微生物群落组成收到季节变化、地域差异、宿主差异等诸多生物和非生物因素的影响，其中受地域和环境因素影响最大，季节变化主要在叶片生长的初期和叶片将要凋落的时期。.3）.在排除地域因素和环境差异的同质园中研究云杉微生物组发现，宿主特异性主要通过宿主植物表型特征的短期和累积效应形成的，宿主植物的不同生理生化特征对不同类型的微生物有着不同的影响。.4）.叶际微生物群落构建过程中，其核心是特定的叶际微环境按着对微生物功能类群的需求对微生物进行选择的过程，这种建群机制遇到差异性微生物种子库的结果就导致了叶际微生物生物地理分布格局的形成，在微生物群落分类学组成上会形成群落差异性随样点间地理距离增大而增加的现象。