中国农大揭示多聚物降解菌群稳定性机制

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关键词：

来源：

PNAS

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//agri.nais.net.cn/topic/downloadFile/9b15db66-c61a-4887-9fff-ceef11be8179

来源地址：

https://doi.org/10.1073/pnas.2500664122

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2025-07-21

摘要：

2025年7月21日，PNAS在线发表了中国农业大学生命科学学院袁红莉教授团队的最新研究成果：“Mutualism between degraders and nondegraders stabilizes the function of a natural biopolymer-degrading community”降解者与非降解者之间的互利关系稳定了天然多聚物降解菌群的功能）。该研究系统揭示了非降解菌如何通过提供关键生态因子反向塑造降解菌生态位，进而与降解菌协同实现稳定高效的木质纤维素降解，为理解复杂微生物群落中的资源分配与功能维持机制提供了新视角。研究以课题组前期富集得到的天然木质纤维素降解菌群EMSD5为基础。该菌群在超过100次传代中表现出较高的结构与功能稳定性，能将木质纤维素中难以降解的半纤维素组分高效地转化为异丙醇，展现出极高的工业应用潜力。在此基础上，团队结合多组学分析及共培养实验，发现非降解菌不仅非被动依附者，反而可通过提供厌氧环境和必需营养因子（如生物素）来重塑降解者的生态位，成为菌群稳定的重要贡献者。进一步研究表明，降解者之间通过胞外酶的底物特异性实现分工协作，同时，它们还采取了两种策略——资源分化与酶表达下调——来共同限制水解产物泄露，避免非降解者的过度利用，维持群落结构与功能的稳态。在此基础上，研究团队将降解菌的关键木聚糖酶基因异源表达于E. coli，并与异丙醇产生菌协同设计出具有明确分工和代谢互利关系的合成菌群。该系统不仅能够稳定、高效地将半纤维素转化为异丙醇，还验证了自然互作机制工程化的可行性。该研究通过对微生物互作机制的精准解析与重构，深化了我们对多聚物降解菌群稳定性机制的理解，并为合成微生物系统的理性设计与功能优化提供了新范式，具有重要的生态学意义与生物制造应用前景。