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资源竞争理论通常假定性状是静态的，且资源供应是连续的。然而，微生物群落常常经历盛宴—饥荒循环以及快速的性状变化。为研究这些非平衡条件下的共存机制，我们将现代共存理论（MCT）与一个基因组尺度代谢模型相结合，该模型显式地将资源利用（性状）与代谢通量和生长联系起来。MCT将竞争相互作用划分为生态位差异和适合度差异，以预测由性状驱动的偏离中性状态何时会导致共存或排斥。利用动态通量平衡分析，我们定义了一个函数，用于在双物种—双资源系统中将性状—资源匹配映射为物种间的生态位差异和适合度差异。 这一映射表明，在资源竞争中，生态位差异和适合度差异并不能被独立调控：由转运蛋白介导的资源摄取变化以及资源浓度比的变化，会在共存空间中产生受约束的轨迹。具体而言，我们表明，共存所需的最小生态位差异会随着限制性资源上最大生长速率绝对差值的增大而线性增加，这揭示了物种间的限制性相似性如何能够由细胞内代谢约束所产生。此外，我们发现，在分批培养模拟中，初始条件（接种量、总资源浓度）决定了瞬态生长期的时间尺度；随着该时间尺度的增长，生态位差异趋于饱和，而适合度差异持续增加，从而主导竞争结果。 最后，我们在资源浓度相等和偏斜两种条件下，利用具有靶向资源转运蛋白敲除的大肠杆菌菌株对这些预测进行了实验检验。我们的结果证实，由转运蛋白介导的性状变化以及资源浓度比的调节可被用来实现共存工程化。总体而言，我们的研究表明，性状—资源匹配对生态位差异与适合度差异的联合演化施加了结构化约束，从而塑造了非平衡条件下微生物群落中生物多样性维持的机制。
通向共存的曲折之路：靶向资源摄取基因缺失条件下大肠杆菌中生态位差异与适合度差异的相互依赖性 | bioRxiv
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通向共存的曲折之路：靶向资源摄取基因缺失条件下大肠杆菌中生态位差异与适合度差异的相互依赖性
Brendon McGuinness， Frederic Guichard， Stephanie C Weber
doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.26.734880
Brendon McGuinness 1 麦吉尔大学； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。 本作品依据 CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议提供。
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发布于 2026 年 6 月 29 日。 下载 PDF 补充材料 电子邮件
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Brendon McGuinness， Frederic Guichard， Stephanie C Weber
bioRxiv 2026.06.26.734880； doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.26.734880
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Brendon McGuinness， Frederic Guichard， Stephanie C Weber
bioRxiv 2026.06.26.734880； doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.26.734880
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.26.734880v1?rss=1
🏷️ 微生物共存 生态位差异 适合度差异 动态通量平衡分析 大肠杆菌 资源竞争