研究人员使用新的高通量稳定同位素探测(HT-SIP)管道和宏基因组学来首次观察有益植物共生体丛枝菌根真菌(AMF)周围的活性微生物组。图片来源:劳伦斯利弗莫尔国家实验室
将野生微生物的身份与其生理特征和环境功能联系起来是环境微生物学家的一个关键目标。在致力于实现这一目标的技术中,稳定同位素探测(SIP)被认为是研究自然环境中活性微生物最有效的技术。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 的科学家开发了一种新技术——高通量 SIP——可以自动执行稳定同位素探测过程中的多个步骤,从而可以在现实条件下研究微生物的微生物活性,而无需进行实验室培养。
在 SIP 中,活性微生物通过将稳定同位素掺入其生物质中来识别。它是微生物生态学中最强大的方法之一,因为它可以识别天然条件下复杂群落中的活性微生物及其生理特征(基质使用、细胞生物化学、代谢、生长、死亡率)。
通常,SIP 方法需要大量的实际操作,并且只允许使用少量样品。但与手动 SIP 相比,新的 LLNL 技术所需的手工劳动量只有六分之一,并且允许同时处理 16 个样本。
LLNL 科学家 Erin Nuccio 表示:“我们的半自动化方法通过针对 SIP 中劳动密集型步骤,减少了操作员时间并提高了可重复性。”Erin Nuccio 是《Microbiome》杂志上发表的一篇论文的主要作者。 “我们现在已经使用这种方法处理了一千多个样本,其中一些来自尚未得到充分研究的土壤微生境。”
其中一个这样的微生境就是紧邻菌根组织周围的土壤,菌根是一种与 72% 的陆地植物形成共生关系的真菌。作为植物碳的交换,真菌(丛枝菌根真菌)为其宿主提供氮、磷和水等必需资源。
在这项概念验证研究中,作者展示了土壤中菌根真菌刺激的相互作用的“食物网”。
“我们认为这是植物碳广泛分布到土壤中的主要途径。 LLNL 项目负责人兼能源部科学办公室“微生物持续存在”土壤微生物组科学重点领域负责人 Jennifer Pett-Ridge 表示:“土壤拥有地球上最大的活跃循环有机碳库。” 。 “我们对少量 DNA 进行了测序,确定了活性生物体,然后重建了它们的基因组和潜在的相互作用。”
LLNL 的其他作者包括 Steven Blazewicz、Marissa Lafler、Ashley Campbell、Jeffrey Kimbrel、Jessica Wollard、Rachel Hestrin 以及劳伦斯伯克利国家实验室、能源部联合基因组研究所和加州大学伯克利分校的研究人员。