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温泉被用作理解环境胁迫如何塑造微生物群落的模型系统，但地热胁迫重组群落代谢的机制仍知之甚少。在此，我们结合基因组分辨宏基因组学、宏转录组学、水相地球化学和群落代谢建模，研究了新加坡一处温泉地热梯度上的光合生物膜。我们通过宏基因组组装基因组重建了群落的分类组成和功能组成，并鉴定出三个转录协同的生态功能群；这些功能群由趋同的代谢策略而非系统发育关系所界定。群落代谢模型显示，地热胁迫增强会重组营养交换网络，使代谢冗余逐步降低，并使群落愈发依赖嗜热功能群之间的互惠互作。随着地热胁迫增强，模型所估算的相对元素需求从碳相关代谢转向氮代谢和硫代谢，凸显了氮限制与硫相关生物能过程是胁迫适应的关键特征。电子分配建模进一步表明，在地热胁迫下，系统层面发生转变：由以生长为导向的生物合成转向分解代谢能量保存、呼吸代谢和氧化胁迫管理。这些协同的代谢变化表明，在接近地热上限时，温泉群落变得日益专化且受能量约束。总体而言，研究结果揭示了环境胁迫如何通过功能群层面的代谢分工与协同资源交换重塑微生物生态系统，并建立了一个整合性的系统生物学框架用于预测极端环境中的微生物生态系统功能。
stephen.pointing{at}nus.edu.sg
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温泉常被用作模型系统，以了解环境胁迫如何塑造微生物群落；然而，地热胁迫重组群落代谢的机制仍缺乏深入认识。本研究结合基因组解析宏基因组学、宏转录组学、水相地球化学和群落代谢建模，考察了新加坡一处温泉地热梯度上的光合生物膜。我们通过宏基因组组装基因组重建了群落的分类组成和功能组成，并确定了三个转录协调的生态功能群；这些功能群由趋同的代谢策略而非系统发育关系所界定。群落代谢模型显示，随着地热胁迫增强，营养物质交换网络发生重组，代谢冗余逐渐降低，嗜热功能群之间对互惠相互作用的依赖则不断增强。地热胁迫增强还使模型预测的相对元素需求从碳相关代谢转向氮和硫代谢，凸显了氮限制和硫相关生物能学是胁迫适应的关键特征。电子分配建模进一步表明，在地热胁迫下，系统层面发生转变：代谢活动从以生长为导向的生物合成转向分解代谢能量保存、呼吸代谢和氧化胁迫管理。这些协同的代谢变化表明，接近其地热耐受上限时，温泉群落会变得更加专门化，且能量约束日益增强。总体而言，研究结果揭示了环境胁迫如何通过功能群层面的代谢……
分工与合作性资源交换，并建立了一个整合性系统生物学框架，用于预测极端环境中的微生物生态系统功能。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
已声明的资助信息
新加坡教育部
，MOE-T2EP30123-0007
香港城市大学
，项目编号 9678175
版权
本预印本的版权持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。
该预印本依据
CC-BY-ND 4.0 国际许可协议
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发布于 2026 年 9 月 15 日。
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地热梯度重塑温泉微生物群落的代谢
Danli
Luo
，
Christaline
George
，
Patrick
Lee
，
Stephen
Pointing
bioRxiv
2026.09.13.751272；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.13.751272
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地热梯度重塑温泉微生物群落的代谢
Danli
Luo
，
Christaline
George
，
Patrick
Lee
，
Stephen
Pointing
bioRxiv
2026.09.13.751272；
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https://doi.org/10.64898/2026.09.13.751272
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关键词：温泉微生物群落 · 地热胁迫 · 宏基因组学 · 群落代谢建模 · 营养互作 · 代谢分工
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.13.751272v1?rss=1