近日，我单位夏品华教授课题组在生态环境领域中科院一区Top期刊Science of The Total Environment（IF = 8.2）在线发表了题为“Seasonal dynamics and driving mechanisms of microbial biogenic elements cycling function, assembly process, and co-occurrence network in plateau lake sediments”的研究论文。
图1 湖泊生源要素循环微生物驱动示意图
季节变化对微生物群落多样性具有重要影响。然而，关于湖泊沉积物微生物群落功能的季节变化特征及其环境驱动机制知之甚少。该研究通过宏基因组测序对贵州高原草海冬季、夏季和秋季沉积物微生物群落组成与功能、功能基因的共现网络关系、关键基因和组装机制进行了研究。
高原湖泊微生物群落具有显著的季节变化，TN和OM是驱动微生物的组成和功能的关键因子。微生物的多样性和结构均随季节而变化，Protcobacteria在夏季的数量明显较少（58.43% - 44.12%）。季节也对功能基因的丰度产生了影响，主要影响korA、metF、narC、nrfA、pstC/S、soxB基因。其中，冬季DNRA的基因(nrfA)富集可能是导致氨氮含量高的原因。冬季高Fe2+及C/N有利于DNRA的发生导致了氨氮高的情况。
图 2 参与碳、氮、磷和硫循环的主要功能基因
利用R、Gephi构建网络后，进一步采用Zi-Pi分析对所有、冬季、夏季和秋季沉积物的功能基因共现网络关系进行分析，发现与群落结构一样，功能基因的贡献网络也具有季节变化的特征，夏季的网络复杂度显著高于其它季节，网络中的关键基因也随季节改变。
图 3 所有沉积物样本(A)、冬季沉积物样本(B)、夏季沉积物样本(C)和秋季沉积物样本(D)功能基因之间的共现模式。
细菌群落组装有确定性过程和随机性过程决定。利用中性群落模型（NCM）分析发现，碳、氮、磷和硫循环相关基因组装机制主要受到随机过程驱动。与夏季和秋季沉积物相比，冬季的沉积物在功能基因组装方面表现出更高的随机性(冬季：R2 = 0.7629；夏季：R2 = 0.6766；秋季：R2 = 0.5356)。另外，草海沉积物中细菌、古菌、真核生物的发生频率与中性模型高度拟合，在夏季时拟合效果最好。
图 4 所有沉积物样本以及不同季节沉积物样本中有关碳、氮、磷、硫循环的沉积物功能基因的NCM分析
浅水湖泊与深水湖泊在碳、氮、磷和硫循环的季节变化方面存在差异，浅水湖泊的营养盐循环受到季节的影响较大。然而，先前的研究大多针对N、P循环进行了深入研究，总结出深湖控磷，浅湖氮磷双控的结论。但对其他元素循环过程关注较少。该研究结果对不同季节草海沉积物中的微生物的功能潜力进行了研究，为浅水湖泊中微生物驱动的季节性生物地球化学循环提供了新的思路。
该论文第一作者为山地实验室2022级硕士研究生卢娇维，通讯作者为山地实验室夏品华教授。该研究得到国家自然科学基金项目（32360288）和贵州省科技支撑计划项目（No. 2023216）的联合资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175510
【责任编辑】一审（校）：王安平； 二审（校）：李朝婵； 三审（校）：余天华
