系统生物学研究所 信用:CC0公共领域 从土壤到海洋到人类肠道，种间相互作用是生态系统的基础
在许多不同类型的相互作用中，合成是一种特别重要且互利的种间相互作用，在这种相互作用中，一方提供一种化学物质或营养物质，另一方消耗这种化学物质或营养物质以换取回报
合成生物在全球碳循环中发挥着重要作用，它通过调节有机物向甲烷的转化，甲烷作为一种温室气体比二氧化碳强30倍，是可持续能源的来源
在人类肠道中，数以万亿计的微生物细胞也相互作用，并与其他物种相互作用，以调节其人类宿主的生理
因此，破译同养种间相互作用的性质、进化和机制是理解和操纵微生物过程、生物能生产和环境可持续性的基础
然而，我们对驱动这些相互作用的因素、它们是如何进化的以及它们的破坏可能导致疾病或生态系统不稳定的理解还不太清楚
ISB的研究人员和合作者旨在解决这些基本问题，以阐明种间相互作用——特别是合作——是如何产生、发展和维持的
他们的研究结果为理解这些相互作用在工业应用以及人类、动物和植物的健康和疾病中的关键作用提供了一个新的窗口
这项研究建立在先前对两种微生物——普通脱硫弧菌(Dv)和海洋甲烷球菌(Mm)——之间的共养相互作用的研究基础上，这两种微生物在不同的环境(肠道、土壤等)中共存
)并在生物地球化学碳循环的重要步骤中发挥中心作用
通过跨系统生物学、微生物学、进化生物学和其他学科的多学科方法，研究人员分析了从400多个样本中产生的大量基因组序列数据
他们研究了突变在两种生物中累积超过1000代的时间和组合模式，通过高分辨率单细胞测序绘制了谱系图，并表征了它们各自分离株配对的适合性和协同性
研究小组发现了惊人的证据，证明进化过程中积累的突变在微生物群落中的稀有个体之间产生了积极的遗传相互作用
这些遗传相互作用增加了这些稀有微生物群落的合作性，使它们在更大的生产群体中以非常低的频率持续存在
此外，研究人员发现了平行进化的第一个例子，我
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类似基因在独立进化群体中的突变积累，是共同进化群体中两种生物进化的基础
“这项研究在理解和操纵生物技术、医学和环境等广泛应用的互利互动进化中的早期适应性事件方面迈出了重要的一步。”
塞尔达尔·图尔卡兰是ISB巴里加实验室的高级研究科学家，也是最近发表在《ISME日报》上的一篇论文的主要作者
这些发现非常有趣，因为它们解释了不同的微生物种群如何在动态变化的环境中共存，例如在反应堆、湖泊沉积物和人类肠道中
此外，该研究结合了对不同种类的纵向数据集的多尺度系统分析和假设的实验测试，以表征微生物群落两个成员之间在遗传水平上的相互作用所产生的复杂现象
“这项研究产生的方法、见解和资源将广泛应用于其他种间相互作用和进化现象的研究，”ISB教授，主任和高级副总裁博士说
该论文的共同作者尼廷·巴利加
“生物学的一个基本问题是，我们能否预测和调节种间相互作用，比如病原体和宿主环境之间的相互作用
如果我们了解驱动病原体与宿主相互作用的基因是什么，我们就可以设计疗法来改变宿主的微环境和感染的允许性，或者直接改变病原体的识别
对于工业应用，我们可以快速筛选不同微生物群落中最具合作性的突变，以促进公共产品的生产
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