Microbiomes of soils,plants and animals
作者：Rachel E. Antwis, Xavier A. Harrison, Michael J. Cox
出版：Cambridge University Press
索书号：Q938.1/M626a/2020/Y
ISBN: 978-1-108-46248-8
藏书地点：武大外教中心
在漫长的共同进化历史中，多细胞生物形成了宿主细胞和许多相关微生物物种的复合体。由藻类、细菌、古生菌、真菌、原生生物和病毒组成，统称为微生物群，这些微生物对宿主的一系列重要功能作出贡献，从营养到行为和疾病易感性。在这本书中，一个多样化的，国际活跃的研究小组概述了多细胞生物是如何依赖它们的微生物群落来发挥作用的，并探讨了这种跨越土壤、植物、动物和人类宿主宽度的重要相互依赖关系。他们对不同环境中的宿主进行了比较和对比，并讨论了这种无形的微生物生态系统如何影响从我们吃的食物到我们的健康，再到我们所依赖的生态系统的正确运行。本书有见地的阅读也有针对性地鼓励微生物生态学、生态学和微生物学的学生和研究人员考虑这种相互依赖如何可能是缓解环境变化和发展微生物生物技术改善地球上的生活的关键。
虽然微生物学是一门古老的学科，但在过去10年左右的时间里，主要由于测序技术的改进，宿主相关微生物群的研究已经成为一个特别活跃的领域。考虑到这一研究领域的相对年轻和快速发展，关于宿主微生物群落还有很多需要了解的地方，所以本书在总结这些差距和确定感兴趣的方向方面做了一些工作。
作为生命的先驱，微生物已经在我们的星球上存在了35亿年。因此，植物和动物已经与数万亿相关的微生物共同进化了数百万年，多细胞生物可以被认为是一个有机体，一个宿主细胞和许多共生物种的复合体。这些群落被称为“微生物群”，与其相关的基因组被称为“微生物群”。由于这种共同进化，宿主与其相关的微生物群之间出现了显著的相互依赖关系，而宿主相关的微生物群深刻地影响着宿主的生物学和功能。在所有的代谢生物中，宿主微生物群贡献了显著的功能多样性，并通过提供微生物“生态系统服务”发挥关键作用，包括宿主所需的重要分子的合成、分解代谢和复杂多糖的生物转化，潜在致病微生物的免疫调节和定殖耐药性。因此，多细胞生物已依赖于其微生物组的遗传多样性，需要相关的免疫刺激和微生物代谢产物才能发挥作用。在这个框架中，宿主及其微生物群一起被定义为“全生物”，而宿主和全生物内的微生物群的基因组代表全基因组。这些被选择的关系可以被解释为进化选择的一个总结单位的证据，由此构成生物体内部生态系统的所有生物体都处于超选择之下，形成每个基因型的进化。这被称为进化的全基因组概念，并可能定义植物和动物进化中的选择水平。
核酸测序技术和蛋白质及代谢物鉴定的最新进展已经改变了我们对宿主微生物的结构和功能特征的能力。这使得生物学家能够描述与各种植物和动物(包括人类)相关的复杂微生物群落，为微生物在宿主发育和生理中的作用提供了更多的见解。分子工具如扩增子测序(元编码)、宏基因组学和元转录组学可以用来构建物种丰度和功能网络，并以越来越高的分辨率测量群落微生物群的微小尺度变化，从而更好地理解宿主及其微生物群之间的生态趋势。DNA测序、蛋白质组学和代谢组学方面的这些进展，加上计算分析和建模方面的进展，使人们能够前所未有地接触到微生物组，引发了关于微生物组在健康和疾病中的作用的新假设。因此，我们对植物和动物全生物的认识有了很大的进展。在这本书的第2章中概述和讨论了目前的方法，可用于研究表征宿主微生物群落的组成和功能特征的范围。
在所有微生物群系中，研究最充分、最复杂的一种微生物实际上并不与植物或动物宿主有关，而是与构成我们陆地生态系统基础的土壤有关。土壤微生物群落在土壤有机质的分解和全球碳氮库的循环中发挥着重要作用。此外，土壤微生物组组成是植物健康和相关生物多样性的固有组成，因此支持动物多样性和相关生态系统健康，并最终通过作物生产和牲畜饲料提供几乎所有人类营养。鉴于土壤健康对生态系统和人类健康的至关重要，第3章致力于理解跨一系列生态系统和生境类型的土壤微生物群落的多样性和功能。
在宿主体内，个体微生物与宿主之间的相互作用强度存在一个梯度，从依赖到独立，这突出了塑造这些相互作用的巨大生态动力。不同的寄主物种通常包含独特的微生物组合，甚至在寄主内部，不同的区域可以寄主不同的群落。对植物和动物来说，一系列内在和外在因素可以影响微生物组的组成，包括宿主遗传、发育阶段、社会互动、行为、饮食、环境温度和其他非生物因素。才刚刚开始理解这些对宿主功能的影响，本书在第4章中讨论这些想法。在这些因素中，饮食和相关的营养尤为重要。动物肠道微生物群通常反映宿主的生活方式，而宿主的饮食是形成动物肠道微生物群组成和结构的关键因素之一。事实上，包括人类在内的动物的肠道微生物群因其在调节食物来源的营养摄入方面的关键作用而得到了最广泛的研究，通常可以获得宿主无法获得的分子。尽管没有肠道，植物营养也本质上与自身及其相关土壤的微生物组有关。事实上，植物与一系列的微生物伙伴有很强的联系，最显著的是菌根真菌和根瘤菌，它们之间的营养物质流动。广义地说，植物为微生物伙伴提供碳基质，以交换在其他方面无法获得的氮和磷。在第5章中扩展了微生物组组成和宿主营养之间的相互作用的植物和动物。
这一领域中比较有趣的研究领域之一涉及宿主微生物群落和宿主行为之间的相互作用。能够影响和受微生物组组成和功能影响的行为包括觅食决定、食欲和食物选择。微生物群系在合成和调节激素生产以及影响生殖行为方面的作用也是一个日益增长的研究领域。此外，微生物与宿主的情绪和压力相互作用，并可能对记忆和认知功能产生深远影响，所有这些都可能影响宿主的健康和疾病易感性。也有一些值得注意的例子，寄生微生物操纵宿主的行为，以促进它们的传播和传播。这个问题在第6章进行了进一步探讨。
越来越多的研究表明，宿主相关的微生物实际上对预防传染性和非传染性疾病至关重要。在第7章研究了宿主和它们的微生物群落之间的共生相互作用，并强调了微生物群落保护植物和动物免受细菌、真菌和病毒病原体入侵的广泛机制。本章还讨论了利用益生菌和微生物组操作(通过微生物组移植、个性化药物、环境管理和宿主基因型选择)来预防和治疗人类和野生动物疾病。事实上，我们的星球目前正在经历大量极端的环境变化，这些对宿主微生物组成的影响，以及微生物组为它们的宿主缓解这些变化的潜力，将在第8章中进行探讨。
此外，鉴于微生物提供的巨大和多样化的功能力量，利用这些属性来解决现实世界的问题，如作物生产、人类和牲畜健康、抗生素耐药性和生物燃料生产，是一个非常活跃的新研究领域。该领域仍处于起步阶段;微生物和微生物衍生产品的应用仍然充满了问题，包括生物和技术，以及一系列的伦理考虑。本书在第9章对此进行更详细的讨论。最后，在第10章中总结了研究问题和微生物研究领域的未来方向。
本书的三位作者介绍：RACHAEL E. ANTWIs是英国曼彻斯特索尔福德大学的微生物生态学家。她的研究包括一系列宿主系统，包括土壤、植物、无脊椎动物和脊椎动物。她是英国生态学会微生物生态学特别兴趣小组的联合创始人和联合秘书。XAVIER a . HARRISON是英国埃克塞特大学的分子生态学家。他对宿主相关微生物在生命史轨迹中驱动个体变异的潜力很感兴趣。他与瑞切尔·安特维斯博士共同创立了英国生态学会的微生物生态学特别兴趣小组。MICHAEL J. Cox是英国伯明翰大学的微生物生态学家。他的专长是应用微生物生态学技术来了解慢性和急性呼吸系统疾病中的呼吸微生物组。他是FEMS微生物学通讯的编辑，并为欧洲呼吸学会撰写专著《肺微生物组》。
本书目录：
贡献者列表
前言
缩写词表
1. 土壤、植物和动物的微生物群落:介绍
2. 微生物组研究的分析方法
3.微生物的土壤
4. 塑造宿主微生物群的因素
5. 微生物共生和宿主营养
6. 微生物群和宿主行为
7. 宿主微生物群与疾病
8. 适应环境变化
9. 微生物生物技术
10. 综合及未来发展方向
索引
邹娟 武大生科院 博士研究生