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研究揭示温泉菌群空间分布的特征参数
2019-05-22 来源:计算生物与医学生态学学科组 作者:
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  生物分布的空间异质性是生态学研究的核心问题之一;对于似乎无处不在的细菌来讲,这一问题的研究难度似乎更大。近日,中科院昆明动物所计算生物与医学生态学实验室博士生李连伟发表于《Molecular Ecology》的论文揭示了温泉菌群分布的重要特征参数。这是他继年初在《Frontiers in Microbiology》发文试图估计全球温泉细菌种类理论最大值后,所获得的另一项关于温泉菌群生态的重要参数。两项研究均基于 Sharpe (2014)等所收集的全球160多组温泉菌群宏基因测序数据。 

  该研究最重要的发现是,菌群空间分布异质性随群落中平均物种大小变化的关系符合幂法则模型,而该幂法则模型的关键参数(b)是一常数, 并不受温泉环境因子(例如温度、pH)的影响。因此,利用这一常数,就可以估计某一温泉中菌群分布空间异质性的高低。 论文中,作者以地球上重力加速度常数(g=9.8)做类比,阐述了所发现参数的理论和实际意义。 如果重力加速度不是常数,则一个人在地球上不同地方体重可能会差别很大! 而地球和月球具有不同重力加速度,才有了超重或失重现象。为此,作者对温泉菌群和人类菌群做了严格统计学检验,发现两者确实具有不同的异质性参数。而温泉菌群,无论其温泉温度或pH差别多大,其异质性参数基本恒定。这一发现受到审稿人意大利 Catania 大学生态学系主任, Christian Mulder 教授高度评价: “Dear Authors, my most sincere compliments, you did an excellent job! I loved to read your introduction, addressing the Taylor's Law with these high quality data from the ISME Journal, and to read the very well written Results and Discussion. It is almost perfect! Just two things…” 

  此项研究所采用的理论模型来自于其导师马占山于2015年对于Taylor 幂法则模型的四项扩展。 Taylor 幂法则由英国生态学家 LR Taylor 于 1961年发表于Nature, 其后几十年中生态学家进行了大量理论研究和野外种群生态学调查验证。而成为了研究生物种群空间分布最重要的理论方法之一,其应用范围从最早昆虫种群空间分布研究扩展到了其它动植物、寄生虫、植物病虫害分布,乃至超出生物学领域的研究(例如地震分布、Linux 操作系统内核结构、集成电路分析等)。马占山先前所做的扩展则是将Taylor幂法则从种群水平扩展到群落水平的研究,特别是“群落空间分布异质性”和“群落(时间)动态稳定性”的分析。 例如有学者将其应用于皮肤菌群动态稳定性的研究(Oh et al. 2016, Cell).  

  本研究近日在线发表于分子生态学领域重要期刊《Molecular Ecology》,博士生李连伟为论文第一作者,马占山研究员为通讯作者。 

  Li LW, Ma ZS. Comparative Power Law Analysis for the Spatial Heterogeneity Scaling of the Hot‐Spring Microbiomes.  Molecular Ecology, 2019, DOI: doi.org/10.1111/mec.15124 

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/mec.15124 


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