原文链接：Positive interactions are common among culturable bacteria | Science Advances

摘要

种间相互作用决定了微生物群落的结构和功能。特别是，积极的、促进生长的相互作用可以极大地影响自然和工程群落的多样性和生产力。然而，积极相互作用的普遍性及其发生的条件尚不清楚。为了解决这一知识差距，我们使用超高通量共培养平台kChip测量了40个碳环境中20种土壤细菌之间的180408种相互作用。我们发现，经常被描述为罕见的正相互作用，在碳消耗特征不同的菌株之间通常主要表现为寄生。值得注意的是，非生长菌株几乎总是由强生长菌株（85%）促进，为培养、微生物组工程和微生物群落设计提供了一种简单的正相互作用介导的方法。

图1 高通量相互作用测定和分析。

（A） 测定多个未标记物种对每个kChip上跨碳源的单个标记物种的影响的步骤。产生颜色编码的液滴，每个液滴包含一个标记的+未标记的共培养物或单个碳源（步骤1），汇集在一起（步骤2），并装载到kChip上（步骤3）。每个kChip都包含一系列微孔，这些微孔将共培养液滴与碳源液滴随机配对。在对颜色代码进行成像以识别每个微孔的输入之后，通过暴露于电场来合并液滴对（步骤4），并且在0、24和72小时测量标记菌株的生长（步骤5）。

（B） kChip屏幕的总体尺寸。

（C） 使用跨kChips的数据，通过组合数据来推断双向相互作用，其中给定对中的每个菌株都是标记菌株。

（D到F）kChip数据分析的框架。对每个双向相互作用进行了定性（相互作用分类）和定量描述（相互作用强度，m；相互作用类型，θ）。

图2  正相互作用普遍存在，且取决于菌株对和碳源。

（A） 左图：33种不同碳源上的所有双向相互作用。

         中图：所有数据的相互作用分类。内圈表示单向相互作用分类；外圈表示双向相互作用分类。

         右图：相互作用分类，不包括在给定碳源上，两种菌株作为单一培养物都没有显示出可检测生长情况。

（B和C）两个实例共培养物在所有碳源上的相互作用。PAr,  Pseudomonas arsenicoxydans；PR1,  Pseudomonas rhodesiae #1; SF, Serratia fonticola。

（D和E）所有共培养物在两个示例碳源上的相互作用。颜色表示交互分类（图例）。所有数据均为72小时。

图3 正相互作用在很大程度上取决于菌株特性。

（A） 按碳源分类的相互作用被组织成生物化学类别。条形颜色表示相互作用分类（图例如图2A所示）。

（B） 按碳原子数计算的平均相互作用类型。点颜色表示生物化学类别。

（C） 通过分类学配对的系统发育相关性进行相互作用分类。En，肠杆菌目。Ps，假单胞菌目。

（D） 所有碳源平均的，分类对的系统发育相关性的相互作用类型。

（E） 通过成对欧几里得代谢距离（binned）进行相互作用分类。Bin 0表示具有自我相互作用。二进制1到8中的每一个都包含大致相等数量的双向相互作用。

（F） 代谢距离的相互作用类型。所有数据均为72小时。

图4  碳源利用能力塑造相互作用。

（A） 两个碳源的相互作用网络示例，每个碳源都有不同的可利用菌株子集。圆形节点的大小代表每个菌株在单一培养中的生长（标准化为每个菌株在所有碳源中的最大单一培养产量）。边缘颜色表示相互作用分类。边缘厚度表示相互作用强度（m）

（B） 相互作用类型（颜色）由两个菌株在每次共同培养中的单一培养产量决定。灰线表示单一栽培的生长箱。

（C） 每对单一培养生长箱的相互作用分类。

（D） 不同单一培养产量的菌株专门促进的非生长者的部分。线条颜色表示促进作用发生的相互作用分类（Mut.，互惠互利；Comm.，共生；Para.，寄生；Total，促进的非生长者的总分数）。

（E） 每种菌株在单一培养和至少一种共同培养中可以生长的碳源总数。每条线代表一个菌株。所有数据均为72小时。