微生物生態学：機能的レジームは環境変化に対する土壌マイクロバイオームの応答を規定する

土壌マイクロバイオームの代謝活性は、地球の栄養素循環において中心的な役割を持つ。気候がもたらす環境的摂動に対して、土壌代謝活性がどのように応答するかを理解することは重要な課題である。しかし、土壌の生態学的、空間的、化学的な複雑性は、これらの群集が摂動に対してどのように応答するかを理解する妨げとなっている。今回我々は、呼吸性の硝酸代謝の動的測定とモデル化を組み合わせることによってこの複雑性に取り組み、環境変化に対する土壌の応答を規定する機能的レジームを明らかにした。pHの摂動にさらされた1500以上の土壌マイクロコズムの測定によって、異なる機構が代謝物の動態を制御する複数のレジームが明らかになった。バイオマス活性と増殖制限栄養素の可用性という2つのパラメータを用いた最小モデルは、土壌とpH摂動における硝酸利用動態を予測した。摂動下でのパラメーターシフトから、それぞれ異なる3つの機能的レジーム、（1）細胞死と抑制された代謝を特徴とする酸性レジーム、（2）マトリックスから放出された栄養素を優占タクソンが利用する栄養素制限レジーム、（3）栄養素が豊富な条件下で希少タクソンの指数関数的増殖が駆動する再起増殖レジームが明らかになった。我々は、栄養素の測定、土壌改良実験、塩基配列解読、単離研究によって、これらのモデル由来の機構を検証した。追加の実験とメタ解析では、機能的レジームはpHが摂動された土壌で広く見られることが示唆された。

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