南京土壤所在群体感应介导合成菌群共降解复合除草剂方面取得进展

东北黑土区是我国最重要的商品粮基地之一。在长期高强度种植模式下，多种除草剂持续施用，诱发了黑土区潜在的农业面源污染问题。微生物修复被认为是破解这一难题最具前景的途径之一，然而现有报道的功能菌株大多仅可降解单一除草剂，菌株的降解活性与定殖能力多仅在纯培养体系或简单基质条件下得到验证；将其应用于真实黑土环境时，易受土著微生物竞争、环境胁迫及菌群结构不稳定等因素影响而快速失活，难以实现复合除草剂污染的原位修复。

中国科学院南京土壤研究所研究员褚海燕团队针对上述瓶颈，采用“自上而下”（top-down）的靶向富集策略，从东北黑土土著微生物组中定向构建了两套功能互补的合成菌群（SynCom）——YKB与HKB。多组学联合分析表明，两套SynCom均通过菌群内部的代谢分工（metabolic division of labor）实现对多种除草剂的协同共降解：不同成员分别承担降解途径中的关键环节，中间代谢物在菌群内部有序传递。研究首次系统揭示了群体感应（Quorum Sensing, QS）在这一过程中的核心调控作用——两套SynCom分别依赖不同的QS信号分子完成功能协同：酰基高丝氨酸内酯（AHL）信号主要调控YKB的功能动态，而自诱导物AI-2（autoinducer-2）则主要调控HKB。进一步研究发现，这些QS信号分子并非单向地“指挥”菌群内部成员，而是通过直接与间接双重调控路径共同维持SynCom内部稳定的种间互作网络，并驱动生物降解相关功能基因的有序表达。该研究提出了一套以群体感应为核心的SynCom生物强化新策略，阐明了信号分子调控菌群代谢分工与种间互作的内在机制，为环境生物修复领域中合成菌群的设计原理、互作模式与通讯机制提供了新见解，也为东北黑土区复合除草剂污染治理提供了切实可行的生物技术路径。

上述成果以“Herbicide degradation is driven by communication-mediated division of labor in synthetic communities”为题发表在Nature Communications期刊。张玉潇博士为论文第一作者，褚海燕研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。

论文链接

合成菌群基于群体感应介导的互作模型和调控网络