2024-10-15
在對微(wei)(wei)(wei)生物群(qun)(qun)(qun)落(luo)進行(xing)研(yan)究分(fen)(fen)析時，除了(le)將整體群(qun)(qun)(qun)落(luo)特(te)征進行(xing)分(fen)(fen)析，也可(ke)以將整體群(qun)(qun)(qun)落(luo)劃分(fen)(fen)成幾個(ge)特(te)征群(qun)(qun)(qun)落(luo)進行(xing)分(fen)(fen)析，或與其(qi)他(ta)組學(xue)數據聯合分(fen)(fen)析。不同(tong)的(de)(de)微(wei)(wei)(wei)生物子群(qun)(qun)(qun)落(luo)對變化響(xiang)應、在某些(xie)過程的(de)(de)發生發展中(zhong)發揮的(de)(de)作(zuo)用可(ke)能不同(tong)。任何特(te)定的(de)(de)微(wei)(wei)(wei)生物群(qun)(qun)(qun)落(luo)中(zhong)都應該(gai)存在一(yi)個(ge)“重要”的(de)(de)子群(qun)(qun)(qun)落(luo)，它(ta)們是生態系統的(de)(de)活躍部分(fen)(fen)，對宿主或環(huan)境的(de)(de)群(qun)(qun)(qun)落(luo)結構和功能起重要作(zuo)用。 常見的(de)方法是利用微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)出(chu)現頻率、豐度(du)(du)等(deng)(deng)信息對對微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)群落做一些劃分(fen)(fen)。從不同(tong)類(lei)(lei)型(xing)樣(yang)(yang)本(ben)間微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)分(fen)(fen)布差(cha)異的(de)角度(du)(du)看(kan)，例(li)如，可以將微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)分(fen)(fen)為共(gong)有(you)、特有(you)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)。Kokou等(deng)(deng)人[1]的(de)研究中，共(gong)有(you)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)（shared microbiomes）被定義(yi)為全部樣(yang)(yang)本(ben)或90%以上(shang)樣(yang)(yang)本(ben)中存在的(de)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)。特有(you)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)（unique microbiomes）被任(ren)意定義(yi)為僅在與某類(lei)(lei)樣(yang)(yang)本(ben)中或90% 以上(shang)存在且在其他類(lei)(lei)型(xing)的(de)樣(yang)(yang)本(ben)中未發現的(de)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)。 從微生(sheng)物豐度(du)分布特征角度(du)來(lai)看，可以將(jiang)微生(sheng)物分為優勢(shi)、稀有等(deng)(deng)(deng)類(lei)(lei)群(qun)(qun)(qun)。Delgado-Baquerizo等(deng)(deng)(deng)人[2]在全球表層(ceng)土壤(rang)細菌(jun)(jun)群(qun)(qun)(qun)落的相關(guan)研究中(zhong)(zhong)，將(jiang)樣(yang)本(ben)中(zhong)(zhong)前10%的，在55%以上樣(yang)本(ben)中(zhong)(zhong)初選的ASV/OTU認定(ding)為最常見和(he)普遍存在的細菌(jun)(jun)類(lei)(lei)群(qun)(qun)(qun)。對(dui)于(yu)“rare”類(lei)(lei)群(qun)(qun)(qun)的劃定(ding)，多(duo)(duo)數研究使用(yong)相對(dui)豐度(du)進行截取，如(ru)相對(dui)豐度(du)低(di)于(yu)0.1%、0.01%等(deng)(deng)(deng)。稀有類(lei)(lei)群(qun)(qun)(qun)對(dui)群(qun)(qun)(qun)落生(sheng)態(tai)學，尤(you)其是(shi)時(shi)間(jian)變異性（例如(ru)，條件稀有類(lei)(lei)群(qun)(qun)(qun)））和(he)生(sheng)態(tai)恢復力具(ju)有重(zhong)大貢(gong)獻(xian)。Lynch等(deng)(deng)(deng)人[3]的綜述文章中(zhong)(zhong)提(ti)到低(di)豐度(du)類(lei)(lei)群(qun)(qun)(qun)是(shi)評估α多(duo)(duo)樣(yang)性和(he)β多(duo)(duo)樣(yang)性的重(zhong)要貢(gong)獻(xian)者。 在稀有(you)類(lei)(lei)(lei)群(qun)(qun)中有(you)一(yi)(yi)類(lei)(lei)(lei)條(tiao)(tiao)件(jian)稀有(you)類(lei)(lei)(lei)群(qun)(qun)（conditionally rare taxa，也被稱為transient taxa），在某(mou)些條(tiao)(tiao)件(jian)下稀有(you)的(de)物(wu)(wu)種，但當環境(jing)條(tiao)(tiao)件(jian)變(bian)(bian)化時(shi)，例(li)如(ru)(ru)提供最佳生(sheng)長條(tiao)(tiao)件(jian)時(shi)可(ke)以變(bian)(bian)得豐富。該類(lei)(lei)(lei)群(qun)(qun)隨著時(shi)間(jian)的(de)推移(yi)遵循雙峰分(fen)(fen)布(bu)。根據(ju)類(lei)(lei)(lei)群(qun)(qun)豐度(du)水平隨時(shi)間(jian)的(de)分(fen)(fen)布(bu)，可(ke)以計算雙峰系(xi)數 b 來進(jin)行識別條(tiao)(tiao)件(jian)稀有(you)類(lei)(lei)(lei)群(qun)(qun)，如(ru)(ru)果(guo)一(yi)(yi)個分(fen)(fen)類(lei)(lei)(lei)群(qun)(qun)b > 0.9并(bing)且其豐度(du)大于0.01%，則(ze)被認(ren)為是(shi)暫時(shi)的(de)或者(zhe)條(tiao)(tiao)件(jian)稀有(you)類(lei)(lei)(lei)群(qun)(qun)。此外，許(xu)多研究會在關鍵(jian)(jian)物(wu)(wu)種（keystone species）的(de)角度(du)上分(fen)(fen)析微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)群(qun)(qun)落(luo)。關鍵(jian)(jian)物(wu)(wu)種對(dui)環境(jing)的(de)影響非常(chang)大。許(xu)多研究使用共現網絡（co-occurrence networks）來識別關鍵(jian)(jian)物(wu)(wu)種，并(bing)將微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)劃分(fen)(fen)為不同的(de)子群(qun)(qun)落(luo)。
案例分析 1.Nature：腸(chang)道微生物碳水化合物代謝(xie)導致胰島素抵抗(kang)[3] 簡介：胰(yi)島(dao)(dao)素(su)(su)抵抗是代(dai)謝(xie)(xie)綜(zong)合征(zheng)和2型(xing)糖尿病的主要病理特(te)征(zheng)，腸道微生(sheng)(sheng)物(wu)群在胰(yi)島(dao)(dao)素(su)(su)抵抗中具有重(zhong)要作(zuo)用。本項研究將(jiang)糞便代(dai)謝(xie)(xie)組(zu)學和宏基因組(zu)學數(shu)據(ju)相(xiang)結合，以分(fen)(fen)析微生(sheng)(sheng)物(wu)組(zu)在胰(yi)島(dao)(dao)素(su)(su)抵抗中的作(zuo)用。在數(shu)據(ju)分(fen)(fen)析中，作(zuo)者(zhe)巧妙地利用微生(sheng)(sheng)物(wu)數(shu)據(ju)在樣本間(jian)分(fen)(fen)布的特(te)征(zheng)，將(jiang)微生(sheng)(sheng)物(wu)數(shu)據(ju)劃分(fen)(fen)成為(wei)4簇，尋找關鍵菌群。對于代(dai)謝(xie)(xie)組(zu)的數(shu)據(ju)，作(zuo)者(zhe)也是利用WGCNA方法(fa)，將(jiang)代(dai)謝(xie)(xie)物(wu)劃分(fen)(fen)成組(zu)，參與聯(lian)合分(fen)(fen)析。文(wen)章結果表明(ming)，糞便碳水化合物(wu)，特(te)別是宿主的單(dan)糖，在胰(yi)島(dao)(dao)素(su)(su)抵抗個(ge)體中增加，并且與微生(sheng)(sheng)物(wu)碳水化合物(wu)代(dai)謝(xie)(xie)和宿主炎癥細胞(bao)因子相(xiang)關。 2.Environmental Science & Technology：生物相互作用通過改變稀(xi)有微(wei)生物群落介(jie)導土壤(rang)功能[5] 簡(jian)介(jie)：土(tu)壤(rang)微生物(wu)是(shi)陸地生物(wu)地球化(hua)學循(xun)環的(de)(de)主要驅動(dong)(dong)(dong)力，促進土(tu)壤(rang)有(you)機質周(zhou)轉。然而(er)，土(tu)壤(rang)動(dong)(dong)(dong)物(wu)對微生物(wu)群(qun)落(luo)的(de)(de)影響(xiang)仍然知之甚少。本項研究將土(tu)壤(rang)微生物(wu)擴(kuo)增(zeng)子測(ce)序與代謝組學相結合，并對細(xi)菌(jun)和(he)真(zhen)菌(jun)的(de)(de)豐(feng)(feng)富類(lei)群(qun)和(he)稀有(you)類(lei)群(qun)進行了(le)劃分：在所有(you)實(shi)驗處理(li)(li)中相對豐(feng)(feng)度(du)(du)超過0.1%的(de)(de)細(xi)菌(jun)ASV被視為(wei)豐(feng)(feng)富分類(lei)群(qun)，而(er)相對豐(feng)(feng)度(du)(du)低(di)于(yu)0.02%的(de)(de)細(xi)菌(jun)ASV被指(zhi)定為(wei)稀有(you)分類(lei)群(qun)。相對豐(feng)(feng)度(du)(du)高于(yu)0.1%的(de)(de)真(zhen)菌(jun)ASV被歸類(lei)為(wei)豐(feng)(feng)富分類(lei)群(qun)，而(er)相對豐(feng)(feng)度(du)(du)低(di)于(yu)0.1%真(zhen)菌(jun)的(de)(de)ASV在所有(you)處理(li)(li)中被表征(zheng)為(wei)稀有(you)分類(lei)群(qun)。文章(zhang)結果(guo)表明(ming)，稀有(you)微生物(wu)群(qun)落(luo)是(shi)土(tu)壤(rang)功(gong)能(neng)基因富集的(de)(de)重要驅動(dong)(dong)(dong)因素。確定了(le)關鍵的(de)(de)稀有(you)微生物(wu)類(lei)群(qun)，包括SM1A02、伽(jia)馬變形菌(jun)和(he)HSB_OF53F07；功(gong)能(neng)基因豐(feng)(feng)度(du)(du)的(de)(de)增(zeng)加可能(neng)是(shi)由于(yu)土(tu)壤(rang)動(dong)(dong)(dong)物(wu)相互作用(yong)介(jie)導(dao)的(de)(de)特定微生物(wu)代謝活動(dong)(dong)(dong)等。 1.Kokou, F. et al. Core gut microbial communities are maintained by beneficial interactions and strain variability in fish. Nat Microbiol 4, 2456–2465 (2019). 2.Delgado-Baquerizo, M. et al. A global atlas of the dominant bacteria found in soil. Science 359, 320–325 (2018). 3.Lynch, M. D. J. & Neufeld, J. D. Ecology and exploration of the rare biosphere. Nat Rev Microbiol 13, 217–229 (2015). 4.Takeuchi, T. et al. Gut microbial carbohydrate metabolism contributes to insulin resistance. Nature 621, 389–395 (2023). 5.Wang, Y.-F. et al. Biological Interactions Mediate Soil Functions by Altering Rare Microbial Communities. Environ. Sci. Technol. 58, 5866–5877 (2024).
