土壤细菌是陆地生态系统功能的关键驱动者,其高度的基因组可塑性是适应异质性土壤环境的基础。泛基因组概念突破了传统单一参考基因组的局限,为系统解析细菌遗传多样性、环境适应机制及生态功能提供了全新视角。本文综述了土壤细菌泛基因组的研究进展,重点选取枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、固氮螺菌(Azospirillum spp.)和青枯劳尔氏菌复合体(Ralstonia solanacearum species complex, RSSC)为典型模型,阐述了其开放性泛基因组的结构特征。在此基础上,分别从外部驱动因素和内在分子基础两个层面阐述土壤细菌泛基因组格局形成机制,提出 “土壤异质性通过驱动基因获取—基因丢失的动态平衡塑造细菌泛基因组格局并实现细菌生态位分化”的整合性概念框架。研究表明,保守的核心基因组维持了细菌的基本代谢过程与系统发育特征;而土壤环境异质性(如污染胁迫、植物根系微环境等)驱动了细菌形成高度可变的附属基因组从而使细菌获得抗生素抗性、毒力因子及代谢多样性等功能,实现细菌快速响应生物/非生物胁迫、驱动宿主范围扩张及根际生态位分化。此外,文章深入揭示了以质粒和噬菌体为介导的水平基因转移是驱动附属基因组扩张的主要动力,而基因丢失则起到了关键的平衡作用,二者协同塑造了土壤细菌泛基因组的动态平衡。本文旨在深化对土壤细菌基因组进化规律及其生态意义的理解,为土壤微生物资源的精准挖掘与农业可持续利用提供理论依据。
Peng et al. (Sun,) studied this question.