340萬美元獎勵用于研究真菌細(xì)菌對氣候變化的相互作用

為了研究真菌-細(xì)菌相互作用對土壤中碳和氮等營養(yǎng)物質(zhì)的影響，能源部向夏威夷大學(xué)馬諾阿分校熱帶植物系領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科團(tuán)隊提供了為期三年 340 萬美元的贈款。土壤科學(xué)副教授Nhu Nguyen。

一茶匙土壤含有來自數(shù)千種細(xì)菌的數(shù)十億細(xì)菌，與數(shù)公里長的真菌菌絲相互作用(菌絲是構(gòu)成真菌體的長絲狀分支)，它們釋放消化酶以從食物來源中吸收營養(yǎng). 這些微生物是驅(qū)動地球上碳和氮等重要元素循環(huán)的機(jī)器。研究人員不太清楚這些微生物相互作用在不同土壤中的表現(xiàn)。

夏威夷的土壤種類繁多，占地球上 80% 以上的土壤類型，使其成為研究這些土壤微生物組主要成員的完美環(huán)境。

“由于我們的島嶼拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和小陸地，我們可以控制可能影響土壤微生物組的環(huán)境因素，包括氣候和寄主植物，”Nguyen 說。“夏威夷土壤的多樣性起著核心作用。換句話說，這項(xiàng)工作只能在夏威夷完成，而且因?yàn)槲覀兊拿恳环N土壤都代表了在更大的大陸陸地上發(fā)現(xiàn)的土壤，所以我們的發(fā)現(xiàn)可以應(yīng)用于世界各地的其他土壤。”

Nguyen 和UH Mānoa 土壤科學(xué)家Jonathan Deenik和Tai Maaz 與加州大學(xué)伯克利分校的 Maggie Yuan、俄克拉荷馬大學(xué)的 Jizhong Zhou 和勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的 Jennifer Pett-Ridge 合作。該團(tuán)隊希望找出真菌-細(xì)菌相互作用是否可以改變碳和氮分子是否被隔離在地下，或者它們是否被釋放到大氣中，從而導(dǎo)致氣候變化。

“土壤中的碳含量比所有地上生物量和大氣的總和還要多，土壤微生物循環(huán)利用維持大部分陸地生命的可用氮，”Nguyen 說。“這些分子是否導(dǎo)致氣候變化可能與生活在那里的數(shù)百萬種真菌和細(xì)菌之間的相互作用有關(guān)。”

Nguyen 補(bǔ)充說：“我很高興能與一個出色的團(tuán)隊合作，研究土壤微生物組成員之間的相互作用如何決定使地球變暖的分子的命運(yùn)。” “當(dāng)這些分子流經(jīng)土壤中的微生物時，它們可以被植物捕獲，從而有助于為可持續(xù)農(nóng)業(yè)提供途徑——一個既提供食物又防止碳和有害氮分子離開土壤的系統(tǒng)。”

它背后的科學(xué)

Nguyen 解釋說，由于土壤的極其復(fù)雜的性質(zhì)，研究人員將利用他們在過去十年中開發(fā)的工具，使用穩(wěn)定同位素來追蹤碳和氮分子從大氣、植物、微生物細(xì)胞并最終轉(zhuǎn)移到土壤礦物表面，在那里它們可以被穩(wěn)定或釋放回大氣中。

該項(xiàng)目的優(yōu)勢在于將穩(wěn)定同位素與多組學(xué)工具相結(jié)合(宏基因組學(xué)——研究直接從環(huán)境樣本中回收的遺傳物質(zhì)，宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)——研究自然環(huán)境中微生物基因表達(dá)的科學(xué)，以及代謝組學(xué)——大規(guī)模研究小分子)并將所有這些數(shù)據(jù)流匯集到一個微生物信息生態(tài)系統(tǒng)模型中。

這種從分子到有機(jī)體再到生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)生物學(xué)方法對于了解土壤中發(fā)生的過程的復(fù)雜性并將其轉(zhuǎn)化為有意義的結(jié)果(例如緩解氣候變化和支持可持續(xù)農(nóng)業(yè))至關(guān)重要。

這項(xiàng)工作將有助于UH正在進(jìn)行的一項(xiàng)研究自然和人類相關(guān)環(huán)境微生物組的計劃。