同一生境中的多种微生物之间通过营养竞争和拮抗竞争争夺空间与养分等资源。种间竞争作为一种重要的选择过程，是影响微生物群落装配与演替的关键因素。解析影响微生物种间竞争的驱动因子及其生物学机制，不仅是微生物生态学的重要科学问题，也能为利用微生物互作关系构建合成菌群提供理论依据。一般微生物间亲缘关系越近，营养竞争也越激烈，但菌株间拮抗强度与遗传距离的关系及相关驱动机制尚存在诸多争议。

近日，国际著名综合性期刊《Nature Communications》正式刊出了沈其荣院士团队张瑞福教授课题组的最新研究成果“Biosynthetic gene cluster profiling predicts the positive association between antagonism and phylogeny in Bacillus”。该研究首先基于芽孢杆菌属4000多个全基因组的比较分析发现菌株间次级代谢产物生物合成基因簇（biosynthetic gene clusters, BGCs；包含部分自我免疫基因）的分布特征与其系统发育关系呈现一致性，即遗传距离较近的种属倾向于共享更多的BGCs。随后通过拮抗实验发现代表性芽孢杆菌之间的拮抗强度与菌株间的遗传距离和BGC距离均呈显著正相关，特别对于含BGC数量较多的菌株该规律更加明显。最终通过突变体实验证明典型根际有益芽孢杆菌SQR9对不同芽孢杆菌的抑制作用均来源于拮抗菌特有、而靶标菌缺失的BGC，两菌共有的BGC则不发挥抑制作用。综上所述，本研究揭示在芽孢杆菌属内，次级代谢产物合成基因簇（含自我免疫基因）分布与系统发育的一致性驱动了菌株间拮抗强度与遗传距离的正相关关系。该成果不仅解释了达尔文在《物种起源》中建议的物种竞争与亲缘性之间关系的重要生态学问题，同时可为理性设计生物肥料中的合成菌群提供理论依据。

该研究得到了国家自然科学基金重大项目和中央高校基本科研业务费等项目的资助。博士生夏丽明和缪有志副教授为共同第一作者，张楠副教授和张瑞福教授为共同通讯作者，沈其荣院士、徐志辉副教授和荀卫兵副教授等参与了该项研究。张瑞福教授课题组近年来围绕微生物肥料功能菌株芽孢杆菌SQR9的益生机理及其与植物的互作机制，以及根际微生物群落结构和功能装配方面开展了一系列研究工作，相关成果发表在Nature Communications、Cell Reports、Microbiome、The ISME Journal、Plant Physiology、Soil Biology & Biochemistry、Plant Cell & Environment、Environmental Microbiology、Applied and Environmental Microbiology、Molecular Plant-Microbe Interactions等国际权威期刊。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28668-z