土壤学报

作者：宋玉翔，王保战，秦华，匡璐，唐修峰，王欣欣，周晓丽，贾仲君

单位：宋玉翔，土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所), 南京 210008;中国科学院大学, 北京 100049；,王保战，南京农业大学生命科学学院, 南京 210095；,秦华，浙江农林大学亚热带森林培育国家重点实验室, 杭州 311300；,匡璐，南京农业大学生命科学学院, 南京 210095；,唐修峰，华东师范大学地理科学学院地理信息科学教育部重点实验室, 上海 200241；,王欣欣，南京农业大学资源与环境科学学院, 南京 210095；,周晓丽，盐城师范学院海洋与生物工程学院, 江苏 盐城 224007；,贾仲君，土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所), 南京 210008；jia@issas.ac.cn,

关键词：宏基因组学;酸性森林土壤;氨氧化古菌;amoA基因;ATP酶基因

基金：国家自然科学基金项目(41530857)和浙江农林大学省部共建亚热带森林培育国家重点实验室开放基金(KF2017-02)资助

氨氧化古菌（Ammonia-oxidizing archaea，AOA）被认为是酸性土壤硝化过程的主要微生物类群，但AOA如何适应酸性胁迫并发挥作用一直是研究难点，而ATP酶（ATPase）是能量代谢的关键，其编码基因可能在AOA适应酸性胁迫过程中发生了趋同性演化。据此，本研究针对5个不同种植年限的马尾松人工林酸性土壤（15 a、24 a、45 a、55 a、63 a），通过深度宏基因组测序获得7 360亿碱基对，重构AOA氨单加氧酶amoA基因和ATP酶A亚基（ATPase subunit A）基因的系统发育进化谱系，研究AOA适酸的分子机制。结果表明：根据经典的amoA基因系统发育进化分类，所有5个森林土壤中优势AOA主要包括Nitrososphaerales和Ca.Nitrosotaleales两大类群，但Nitrososphaerales类群与中碱性土壤中的AOA古菌亲缘关系更近，与嗜酸的Ca.Nitrosotaleales类群亲缘关系较远，表明amoA基因的系统进化关系不能解释Nitrososphaerales在酸性土壤中的成功定殖。然而，基于ATPase subunit A基因的系统进化分析则发现，所有酸性森林土壤中嗜酸/耐酸氨氧化古菌均含有亲缘关系较近的V-ATPase subunit A基因，表明氨氧化古菌可能通过基因水平转移获得V-ATPase基因适应酸性胁迫环境，较好地解释了氨氧化古菌适应酸性胁迫的生境扩展规律。随林龄的增加，Ca.Nitrosotaleales类群丰度先减少后增加，而Nitrososphaerales类群丰度先增加后减少，速效钾是显著影响AOA群落结构的重要环境因子。这些结果表明，不同种植年限下酸性人工林土壤中氨氧化古菌种群发生了明显的分化，V-ATPase基因水平转移可能是氨氧化古菌适应酸性胁迫的重要机制。

来源：2022年第4期

《土壤学报》期刊编辑部

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