A diverse and distinct microbiome inside living trees
尽管在各种环境中的微生物组研究取得了重大进展1，地球上最大的生物质储层——活树的木材的微生物组2——在很大程度上仍未被探索。在这里，我们阐明了栖息在木材上并适应木材的微生物组，并进一步专门化到单个寄主树种，揭示了木材是生物多样性的港湾，也是树木健康和森林生态系统功能的潜在关键参与者。我们证明，一棵树的木质组织中含有大约一万亿个细菌，微生物群落明显分布在心材和边材之间，每种微生物群落都保持着独特的微生物组，与其他植物组织或生态系统组成部分的相似性极小。心材微生物组是一个特别独特的生态位，其特点是驱动随之而来的生物地球化学过程的特殊古细菌和厌氧细菌。我们的研究结果支持了植物作为“全生物”的概念 3,4——宿主和相关微生物的综合生态单元——对树木健康、疾病和功能有影响。通过表征树木内部微生物组的组成、结构和功能，我们的工作为理解树木生理学和森林生态学开辟了途径，并建立了环境微生物学的新领域。
image.png
土壤对木材微生物组影响有限
虽然土壤中微生物多样性丰富，但仅有极少数木材微生物来自土壤，说明木材环境有很强的筛选作用。
不同部位微生物群落各异
在黑橡树的系统采样中，心材、边材、树皮、根系等部位的微生物组差异显著。
心材中43% 的细菌和 22% 的真菌是独有的（其他部位未检测到）。
树木木材是微生物的“栖息地”
单棵树内约有1万亿个细菌居住在木质组织中。
微生物在心材（heartwood）与边材（sapwood）之间存在明显分化，而且与土壤、树皮等其他环境差异显著。
心材中主要存在厌氧细菌和古菌，展现出独特的生态位特征。
Experimental evolution of evolvability
可进化性的实验进化
科学问题：可进化性能否被自然选择塑造？传统进化论认为突变完全随机，自然选择仅筛选当下有利变异，无法"预见"未来。但病原菌中存在的"应急基因座"（通过短序列重复实现高频突变）暗示生物可能进化出偏向适应性方向的变异能力。本研究通过细菌实验直接验证：自然选择能否结构化遗传系统，使突变偏向有益表型？
- 解决"选择短视"悖论两层选择协同作用：个体层面：筛选当前最佳表型（如CEL⁺/CEL⁻）。谱系层面：筛选高效生成变异的遗传架构。关键证据：pfluO185的启动子突变最初因提升当前适应度被保留，意外为后续超突变奠基，证明历史选择可被编码进遗传系统。
- 局部超突变的进化意义规避全局突变代价：传统理论认为高突变率导致有害突变累积（Muller棘轮效应），但局部精准控制兼顾可进化性与基因组稳定性。自然选择可构建"应急机制"：该机制与病原菌应急基因座同源，证明其可从头演化，非病原菌特有。
本研究通过谱系选择实验证明：
- 自然选择可直接塑造可进化性，使突变偏向适应性方向；
- 局部超突变机制（如pfluO185重复序列）是实现这一过程的关键；
- 多层次选择框架（个体+谱系）是解释长期适应性进化的核心机制。
- 自然选择虽无预见性，但通过谱系竞争可沉淀出"面向未来"的遗传解决方案。
Comparison of gene clustering criteria reveals intrinsic uncertainty in pangenome analyses
基因聚类标准的比较揭示了泛基因组分析的内在不确定性
比较基因组学的一个关键步骤是将开放阅读框分组为具有功能和进化意义的基因簇。基因聚类因原核生物中常见的种内重复和水平基因转移而变得复杂。因此，基因聚类方法必须处理识别多拷贝基因家族的垂直传播代表（可通过同位保守识别）和检索完整的物种水平直系同源物集之间的权衡。我们通过对 125 个原核泛基因组进行比较分析，研究了采用同源性、正字学或同位性保守作为基因聚类正式标准的含义。
聚类标准不同程度地影响泛基因组功能表征、核心基因组推断和祖先基因内容的重建。当使用不同的聚类标准时，泛基因组和核心基因组大小的物种估计值会因同一因素而变化，因此无论聚类标准如何，都可以进行稳健的跨物种比较。然而，基因组可塑性和功能谱的跨物种比较受到聚类标准之间不一致的严重影响。这种不一致不仅是由移动遗传元素驱动的，而且是由参与防御、次级代谢和其他辅助功能的基因驱动的。在一些泛基因组特征中，归因于方法学不一致的变异性甚至可能超过生态和系统发育变量的影响大小。
选择适当的基因聚类标准对于进行无偏倚的泛基因组分析至关重要。我们提供实用指南，以根据研究目标和基因组组装的质量选择正确的方法，并提供基准数据集来评估未来比较研究的稳健性和可重复性。
image.png
同源性、物种水平正字和同位性守恒。经历过种内 HGT （） 和种间 HGT （*） 的基因家族的系统发育叠加在物种树（彩色丝带）上。在物种树中，物种形成之后是多样化为两个菌株（蓝色），姐妹物种用绿色表示。基因邻域显示在基因树的叶子上，感兴趣的基因在中间（标记为 A-D，尺寸较大，边框为红色）。所有序列 （A-D） 都是同源物。然而，只有 A、B 和 C 是物种水平的直系同源物，因为它们在物种形成时来自同一祖先序列。其中，A 和 C 垂直传播并共享保守的基因邻域（同位）。序列 B 和 C 是旁系同源物，而 C 和 D 是旁系同源物外
Evolution of thumbnails across Rodentia
编辑总结
脊椎动物的“手”经历了显着的转变，从我们人类使用的灵活工具到鲸鱼巨大而扁平的前鳍。这种肢体的一个鲜为人知的组成部分是存在像灵长类动物一样的指甲，或者像捕食者和挖掘者那样存在爪子。米萨吉亚等人。观察了不同类型的啮齿动物，它们的这一特征各不相同，有些的“拇指”上长着爪子，另一些则长着指甲。研究人员得出结论，祖先的条件是钉子的存在，这有利于啮齿动物众所周知的灵巧地处理食物。只有进化到挖掘或失去这种处理方式的物种才会获得爪子。——萨沙·维涅里
摘要
四足动物手第一指（D1，也称为拇指或花粉）的 unguis（蹄、爪或指甲）表现出许多功能适应，但其与生态多样性的宏观进化关联尚不清楚。在啮齿类动物中，我们发现大多数现存的属和祖先谱系都带有 D1 指甲。例外遵循多次独立出现的结构-功能关联，特别是具有地下习性的 D1 爪的获得和仅通过口腔进食行为的 D1 ungues 的丧失。我们假设，早期获得 D1 指甲和手动灵巧的食物处理对于啮齿动物适应性地利用颅骨特化进行有效啃咬至关重要，从而利用坚硬的种子和坚果，这是它们在多结核动物灭绝后占据主导地位的生态位。我们的研究重塑了关于啮齿动物进化的想法，并揭示了以前未被识别的导致其成功辐射的贡献者。
image.png
啮齿动物D1 unguis功能相关形态进化的示意图总结和概念模型。
所提出的方案描述了 D1 unguis 从祖先状态到现代啮齿动物的进化多样化，其中大多数保留了祖先特征（D1 钉子、口手食物处理和陆地性）。D1（中心柱底部）上的爪子与化石性（地下属和穴居陆生属）有关，通过一些现代属中也可以看到的中间阶段过渡。unguis（中心列顶部）的丢失与口手（即改用口腔）喂养（红色虚线上方）的丧失有关，特别是在完全失去底层 D1 骨骼（“No D1”）的谱系中，过渡到中间阶段（骨头存在但 unguis 丢失）也见于一些现代属，与口腔与口手食物处理有不同的关联。
总之，长期以来的观点是，大多数啮齿动物携带的 D1 指甲之所以进化，是因为它是“退化的”（或“无功能”、“初级”等）。我们的研究结果表明，这种形态特征在大多数现存啮齿动物中具有进化持久性，并暗示了它们新生代的大部分多样化，但事实恰恰相反。我们提出了一个不同的概念，即 D1 及其 unguis 的形状已经演变为实现手的双重功能。D1 及其指甲构成与灵巧的口手食物处理相关的形态适应（上述除外）。这种专业化允许同一只手上的其他手指对基质相互作用（例如，粘附、挖洞、抓握等）进行差异化特化。这种维度有助于啮齿动物的适应范围。这些结果凸显了进化生物学、功能形态学和行为学的交叉点，为啮齿动物 D1 钉的适应性意义和进化持久性提供了新的见解。我们的研究结果，包括 D1 unguis 和手相关行为耦合进化的证据，指出了啮齿动物的双齿兽与 D1 unguis 的形式和功能可能存在联系，因此是概念化啮齿动物进化的一种新方法。
结构-进食方式-生活方式
功能相关形态进化的历程
网友评论