编译：萌依依，编辑：小菌菌、江舜尧。

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1 样本收集：使用五种单细胞真核绿藻模型，去除附生细菌，并且长期收集9个池塘的池水。

2 宿主特异培养实验：将藻类放入装满池塘水的水族箱中，通过叶绿素a荧光来评估藻类在细菌暴露和不暴露的情况下的生长差异。72h后通过16S rRNA测序鉴定了“>3.0-μm”的藻圈群落和“0.22-3.0-μm”组分自由生活微生物。

3 时空稳定性试验：4周可控条件下培养评估了藻类群落内的时间变化，收集0.22-μm过滤器上颗粒相关细菌和自由生活细菌。

4 宿主特异性的适应效应试验：测试15种细菌滤液对五种无菌藻类的生长影响。

我们观察到了与时间和藻类宿主相对应的藻圈群落的广泛趋势。这些趋势在我们的数据集上是显而易见的。到了第3天，池塘水细菌群落的一个子集已经越过了3.0-μm的屏障，进入了最初无菌藻类培养的罐子里(图1A)。虽然在我们的池塘数据集中观察到的OTU数量为314 ± 25 OTUs，但在培养72小时后的藻类培养体中观察到的OTU数量不到它们的三分之一 (图1A)。在实验室条件下，藻类培养体中观察到的OTU丰富度随着时间的推移持续下降 (图1A)。藻类培养体中观察到的细菌多样性显著低于池塘水群落 (图1B)。观察到的细菌群落均匀度随时间变化不显著 (图1C)。

当使用系统发育非独立 (图1D和2) 和独立算法 (图S4) 时，池塘水的细菌群落组成与第3天藻类培养体的群落有很大的不同。具体地说，0.22-3.0μm组分中变形杆菌的比例由池水群落的32.0% ( ± 1.7SE) 增加到58.6% (± 1.6 SE) (图2C)，而在>3.0μm组分中，变形杆菌从池塘水群落的19.2% ( ± 1.5SE) 增加到藻类群落的68.4% (±2.3SE) (图2D)。

图1 来自密歇根州东南部三个池塘的细菌群落与迁徙到装有最初无菌藻类的罐子中的细菌群落不同。现在与藻类相关的细菌群落在分类丰富度上A较低，在Shannon多样性上B较低，但在Pielou‘s均匀度上与C相似。由于藻类养殖保持在实验室条件下，丰富度和多样性继续下降，而均匀性保持不变。D用Bray-Curtis距离度量描述的细菌群落组成，栖息在池塘水中的群落与迁徙到装有最初无菌藻类培养物的罐子中的群落子集之间、以及在培养罐(即第3天) 和培养瓶(即第10-31天) 之间差异最大。

相对于池塘水，大多数藻类群体的12个OTU的α-、11个OTU的β-和2个OTU的γ-变形杆菌之间的显著增加 (图3，表S2和S3)。在α-变形杆菌中相对丰度增加的OTU中，存在具有固定氮能力的OUT (表S3 (图2C，D)。Bray-Curtis距离测试显示在居住在池塘水中的群落与迁徙到装有最初无菌藻类培养的罐子中的群落子集之间，以及在培养罐 (即第3天) 和培养瓶 (即第10-31天) 之间差异最大，细菌组成在所有天之间都有显著差异。

图2 用Bray-Curtis距离度量描述的细菌群落组成在最初无菌藻类在池塘水中的72小时潜伏期后立即显示出对藻类宿主物种的特异性。寄主特异性在A组分>3.0μm组分和B组分0.22-3.0μm组分中明显。C>3.0μm组分和D 0.22-3.0μm组分的寄主特异性部分可以用C. microporum和C. sorokiniana与Proteobacteria在其余3个种的培养物中的细菌分布情况来解释。

藻圈群落随着时间的推移继续变化，在第3天和第10天之间有一个显著的过渡 (图1D)。例如，在藻类培养中，对放线菌的选择在第3天就很明显，在0.22-3.0 μm组分中，并随着时间的推移而加强 (图3)。Verrucommicrobiae的相对丰度也随着时间的推移而显著下降(图2C、D和S5)。此外，大多数藻类都有一个与所有其他宿主不同的藻圈群落 (图2A)。此外，宿主特异性解释了藻圈群落组成的变化，与起源池塘环境相比，其变化程度要大1.5-3倍(表1)。然而，这些宿主和环境特征的大小随着实验时间的持续而减少。宿主特征可以归结为类杆菌中的C. sorokiniana 和C. microporum，而培养体中则含有较高丰度的β-Proteobacteria门类的M. minutum, S. acuminatus 和S. capricornutum。

图3 相对于初始池水，藻类培养显著增加或减少的分类群 。

此外，寄主对之间的系统发育相似性与所招募的生态圈群落的相似性呈正相关，其中系统发育相似性如表S4所述，并通过图2A所示的3d，>3.0μm样本之间的平均Bray-Curtis距离来计算生态圈相似性(图2A和图S6)。图2B所示的0.22-3.0μm样本的系统发育相似性与藻圈相似性之间的相关性不显著(图2B)。

考虑到藻圈细菌群落是整个池塘群落的一个子集，而且这些藻圈群落随着时间的推移不断变化，我们质疑这些群落是否 (1) 对它们的藻类宿主有利，如果是， (2) 这种益处的大小是否随着时间的推移而改变。我们从每种藻类的第3天和第31天分离出细菌群落，并将这些细菌群落重新引入到同一藻类的无菌培养中。与无菌藻类培养相比，藻圈细菌群落显著增加了藻类种群密度(图4，表S5)。此外，使用初始和最终藻圈的两组实验中，无菌藻类达到了相似的种群密度，但接种最终藻圈的藻类达到了明显高于接种初始藻圈的藻类的密度(图4)。

图4 接种最终藻球的5种初始无菌藻类的种群密度明显高于接种初始藻球的无菌藻类。藻圈被重新引入起源于藻类的物种中，以产生“外来”菌株。A在无菌藻类暴露在池塘水中72小时后的第3天，最初的藻球来自藻类培养物，而B最终的藻球在经过4周的受控实验室条件下的维护后，从本实验的第31天开始。

我们从第3天和第31天的培养中获得了藻圈，其寄主特异性特征的群落组成、丰富度、均匀度和大小都发生了显著变化(图1和表1)。尽管藻圈群落之间有这些差异，但我们在两个时间点都发现了一致的结果：相对较来自同一宿主藻类的藻圈，非本地藻圈对藻类种群密度的影响趋于相似(图5)。

图5 与五种绿色真核藻类结合在一起的藻圈细菌群落被分离出来，并重新引入到已经被诱导的五种藻类中。A当在组装事件之后立即重新引入藻圈时，藻类密度在异种时达到显著更高的水平。B当在组装事件后4周从培养物中分离出藻球并重新引入无菌藻类时，异种藻类的密度仍显著高于无菌藻类。

我们的结果表明，藻类圈是选择或反抗特定细菌分类群的微环境，从而形成与周围淡水环境明显不同的伴生细菌群落。确定寄主和环境对微生物群组成和时间稳定性是预测适合度特征和生态结果变异性的重要因素。在我们研究的五种浮游植物中，宿主身份是藻圈组成的主要驱动力。

然而，藻圈群落随着时间的推移而改变，对寄主适合度的影响得到了改善，这可能是通过有利于更多有益种群的生态选择来实现。我们的结果加深了我们对影响宿主微生物群落组装和稳定性的驱动力，以及微生物群落组成和宿主适合度之间的理解。

我们的研究表明，藻类生物圈是以宿主特有的方式被招募的，这种方式持续存在于细菌来源群落的环境变异中。可能有助于生物圈群落聚集的四个过程包括扩散、多样化、漂移和选择。漂移可能导致低丰度细菌分类群的丧失。然而，生态选择可能主要通过(1) 有益的、共生的或致病的细菌对特定物种的藻类分泌物的趋化性，以及 (2)藻类宿主随后在促进有益细菌和抵御有害细菌方面的选择。此外，在我们有限的五个浮游植物宿主的数据集中，与远亲宿主相比，在系统发育上关系更密切的宿主拥有更相似的藻圈。

相对于周围的池塘水环境，我们实验中的藻类培养物富含类杆菌和变形杆菌。这两个门通常主宰栖息在淡水颗粒中的细菌群落。变形杆菌，特别是β变形杆菌，已经被证明在富含藻类分泌物的环境中茁壮成长。此外，对放线菌的选择与它们作为自由生活细菌的性质是一致的，这些细菌与藻类没有形成很强的联系。我们还观察到针对Verrucommicrobia的持续选择，这与现有的文献形成对比。

在实验过程中观察到的藻类培养中的细菌丰富度下降，这表明要么是由于生态漂移和每周培养物转移造成的稀有物种的丧失，要么是由于非生物实验室条件(即光线、培养基、温度) 不足、或者是藻类宿主的持续选择而对某些细菌分类群进行了选择。

在物种丰富度普遍下降的背景下，某些类群的相对丰度增加是值得注意的。具体地说，Bet1-A分类的OTU是这五种藻类最终藻圈中最丰富的OTU之一。它最具特征性的OTU是无处不在、且数量丰富的Limnohabians属。

在研究期间，生物圈组成的变化有助于阐明成分如何影响宿主的适应度。在实验过程中，藻圈的变化被证明是有利于藻类宿主的。从第3天到第31天，根瘤菌中几个分类群的相对丰度增加，它们可能是固氮剂，固氮菌提供的铵可以促进藻类的生长。此外，考虑到这些最终的细菌丰度也较低，宿主特异性特征很可能取决于宿主特异的病原菌而不是有益菌群。

尽管微生物群在分类上存在分歧，但其功能在其它生态系统中（包括蓝藻的藻圈）趋同。尽管我们的微生物群引入了与本地群落完全不同的微生物分类群，但我们不知道这些群落是否完整地存活了下来。将接种的群落与非本地宿主建立的群落进行比较，以及微生物群的多次连续转移，将是阐明宿主在维持赋予健康益处的生物圈中的重要地位的潜力发展方向。

我们的研究有几个重要的局限性。首先，由于只有5种浮游植物寄主，并且寄主物种内没有遗传变异，以此很难得出关于寄主之间的遗传距离是否与藻圈群落差异相关的强有力的定量结论。其次，我们的实验设计有着与环境条件不同的重要限制。因此，除了在实验的72h中获得的类群外，藻圈群落不能获得更多的类群 (图1D)。实验设计的另一个限制是，用过滤器密封无菌藻类培养物也可以对抗较大的细菌分类群和那些专门附着在较大颗粒上的细菌分类群。此外，我们不能从我们的实验设计中得出什么机制导致宿主特异性成分的结论。此外，虽然我们选择了共同的寄主物种，但我们并不能确认每个池塘中都有该物种。

尽管有这些限制，我们仍然可以得出几个结论。宿主微生物群位于浮游植物寄主的外部，实际上是由与周围环境不同的生物群组成的，这与之前对藻圈的广泛研究是一致的。藻圈组成的某些方面在多个寄主物种和多个起源环境中是一致的，包括α，β和γ-变形杆菌的富集以及放线菌和韦氏杆菌的耗尽。此外，我们的结果表明，浮游植物的藻圈更多的由宿主生物学决定的，而不是环境的变化。

反过来，寄主的藻圈赋予寄主的特征可能是适度确定性的，因为它们广泛地有利于寄主的适应性。然而，在实验室培养过程中，随着藻圈组成的进一步变化和稳定，对寄主的适合度效应增加，表明适合度效应依赖于藻圈群落组成。

这项工作将我们的工作扩展到浮游植物之外，包括对宿主微生物群系统的更广泛的影响。它表明，宿主分类学过滤了周围环境中的微生物群落，产生了特定于物种和基因型的微生物群落。自养生物通过分泌物招募微生物，这些分泌物是其生理(即光合作用) 的副产品，而异养生物中研究最广泛的肠道微生物群，主要是基于宿主的饮食，而不是依赖于宿主的代谢物来招募的。自养寄主对其微生物群施加的选择可能更持久。

结合自养和异养模式生物的实验研究可以阐明环境和宿主在塑造宿主微生物群落组成和基于微生物群落的适合度效应中的作用。

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