研究人員使用新的高通量穩定同位素探測 (HT-SIP) 流程和宏基因組學,初步了解了有益植物共生體叢枝菌根真菌 (AMF) 周圍的活性微生物組。 圖片來源:勞倫斯利弗莫爾國家實驗室
將野生微生物的身份與其生理特徵和環境功能聯繫起來是環境微生物學家的關鍵目標。在致力於實現這一目標的技術中,穩定同位素探測(SIP)被認為是研究自然環境中活性微生物最有效的技術。
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL) 的科學家開發了一種新技術——高通量SIP——可以自動執行穩定同位素探測過程中的多個步驟,從而可以在現實條件下研究微生物的微生物活性,而無需進行實驗室培養。
在 SIP 中,活性微生物透過將穩定同位素摻入其生物質中來識別。它是微生物生態學中最強大的方法之一,因為它可以識別天然條件下複雜群落中的活性微生物及其生理特徵(基質使用、細胞生物化學、代謝、生長、死亡率)。
通常,SIP 方法需要大量的實際操作,並且只允許使用少量樣品。但與手動 SIP 相比,新的 LLNL 技術所需的手工勞動量只有六分之一,並且允許同時處理 16 個樣本。
LLNL 科學家Erin Nuccio 表示:「我們的半自動化方法透過針對SIP 中勞動密集型步驟,減少了操作員時間並提高了可重複性。」Erin Nuccio 是《Microbiome》雜誌上發表的一篇論文的主要作者。 “我們現在已經使用這種方法處理了一千多個樣本,其中一些來自尚未得到充分研究的土壤微生境。”
其中一個這樣的微生境就是緊鄰菌根組織周圍的土壤,菌根是一種與 72% 的陸地植物形成共生關係的真菌。作為植物碳的交換,真菌(叢枝菌根真菌)為其宿主提供氮、磷和水等必需資源。
在這項概念驗證研究中,作者展示了土壤中菌根真菌刺激的相互作用的「食物網」。
「我們認為這是植物碳廣泛分佈到土壤中的主要途徑。 LLNL 計畫負責人兼能源部科學辦公室「微生物持續存在」土壤微生物組科學重點領域負責人 Jennifer Pett-Ridge 表示:「土壤擁有地球上最大的活躍循環有機碳庫。」 。 “我們對少量 DNA 進行了測序,確定了活性生物體,然後重建了它們的基因組和潛在的相互作用。”
LLNL 的其他作者包括 Steven Blazewicz、Marissa Lafler、Ashley Campbell、Jeffrey Kimbrel、Jessica Wollard、Rachel Hestrin 以及勞倫斯柏克萊國家實驗室、能源部聯合基因組研究所和加州大學柏克萊分校的研究人員。