土壤里有机碳的可利用性对构建微生物群体极为关键，但微生物如何适应碳含量变化及其对生态和进化的影响尚不明晰。本研究探究了两组土壤样本，分别经40年施用化肥或有机肥，形成了碳含量从极少到丰富的对比，同时分析了土壤中有机碳的代谢、抗生素耐药性及病毒与宿主的相互作用。

英文标题：Carbon starvation raises capacities in bacterial antibiotic resistance and viral auxiliary carbon metabolism in soils

中文标题：碳饥饿提高了土壤中细菌抗生素抗性和病毒辅助碳代谢的能力

发表期刊：PNAS

影响因子：11.1

发表时间：2024年04月

1. CAZy数据库注释结果

GT、GH、CE和CBM等酶类共同约占CAZyme基因丰度的95%，是CF和纯OF土壤中的主要成分。与OF土壤相比，CF土壤的GT增加6.6%，GH增加18%，AA增加14%。观察到来自GH（11个基因）、GT（7个基因）和AA（1个基因）组的富集。在PL组中，只有PL22表现出差异富集，并且在OF土壤中更丰富。

不动杆菌的12个属、变形菌的8个属、放线菌的7个属等是富集CAZyme基因的主要贡献者（各占富集基因总丰度的0.5%以上）。

在OF中富集的CAZyme基因与结合果聚糖、半纤维素有关。在CF土壤中，不仅与上述化合物有关，还参与更复杂的碳源的活化、结合和生物降解，如细胞膜/壁成分、几丁质和木质素。

2. 病毒AMG（辅助代谢基因）及其宿主

在CF中，标注为CAZyme基因的AMG的总丰度是OF的1.5倍。标注为GT75和GT2的AMG分别富集在CF和OF中，这些AMG参与细胞壁成分的生物合成。

AMG K09471编码参与GABA生物合成的γ-谷氨酰-腐胺氧化酶，在CF中富集，由Hollowayvirus病毒产生。Hollowayvirus鉴定的宿主为假单胞菌等。

AMG K01939编码参与ATP生物合成的腺苷酸琥珀酸合成酶，在OF中富集，由Fletchervirus产生。Fletchervirus鉴定的宿主为Paralcaligenes。

3. CARD数据库注释结果

ARG在CF中的丰度比OF高25%。主要的ARG类包括糖肽类、头孢霉素类等，其丰度为1%以上，合计占总丰度的96%。在CF中更多富集与抗生素外排相关和抗生素靶标改变相关的ARG，而在OF中更多富集与抗生素失活相关的ARG。

变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteriota）和酸杆菌门（Acidobacterita）的菌对ARG的富集展示出主要贡献。

在OF与CF中富集的ARG都与多耐药、氨基糖苷、大环内酯相关，同时OF中富集的ARG与林可酰胺等相关，CF中富集的ARG与氟喹诺酮等相关。

4. MAG的基因组特性和功能潜力

从宏基因组中共回收了69个MAG（完整性>70%且污染率<10%的高质量bin），主要属于变形菌门、放线菌门、酸杆菌门等。在基因组水平上与CF中富集的MAG相比，在OF中富集的MAG多35%的CAZyme基因，含有ARG的可能性高5.0%，基因组大小大23%，编码序列多14%。

参考文献：

Xu QC, et al. Carbon starvation raises capacities in bacterial antibiotic resistance and viral auxiliary carbon metabolism in soils. PNAS. 2024.