网络拓扑分析 | 优势物种≠关键物种，小种群也有大贡献！

扩增子测序研究，可以帮助我们获得微生物群落中的大量物种。

• 这些微生物之间有着怎样的联系？

• 谁才是群落中的核心微生物？

• 这些物种能否为我们研究提供指示或对我们的样本状态产生关键影响？

关于微生物组研究的每一步都充满了未知~~别怕，一个好的系统发育分子生态学网络能够直观的展示这些信息，带你领略不一样的风景。

膜生物反应器（MBR）是污水处理重要设备，膜生物污损是一个无法避免的难题，通常归因于膜上存在丰富的细菌物种，而近期的研究发现低丰度细菌在其中或许扮演重要角色。

实验过程中，研究人员设置三个生物膜组件（M.1，M.2，M.3），接受污水处理；并分别给予不同浓度NaOCl（0, 2,10 mg L-1）反冲洗后收集样品。

下图1b所示，优势种似乎表现出强烈的栖息地特征：产生多糖的细菌Xanthomonadaceae_genera_IS在10 kPa-Bio-cake样品中丰度较高（6.19-12.11％）；25 kPa-Bio-cake样品中则是丝状g_Kouleothrix占优势（21.68-23.44％）；膜孔样品富含Acinetobacter（21.76-35.70％）。

基于加权UniFrac矩阵，进行PCoA分析，全部样本可被清晰的分为5个亚组，即Bulk sludge，10 kPa-Bio-cake，25 kPa-Bio-cake，Membrane pore和Residual layer。从膜组件M.1，M.2和M.3之间没有显著变化，表明NaOCl反冲洗的操作对污染膜上的群落结构的影响可忽略不计。LEfSe分析检测到Bulk sludge、10 kPa-Bio-cake、25 kPa-Bio-cake和Membrane pore分组中存在76个差异物种，而大部分活性生物标记物，如Methylophilaceae，Burkholderiaceae，Paucibacter和Pseudoxanthomonas等，都不属于高丰度种群（<0.05％），表明这些低丰度菌群在生物膜表面优先生长。

为了探究这些差异物种之间的相互作用，研究人员构建了系统发育分子生态网络图，该网络图由120个节点和228条连线组成。从分析结果来看，相同的分类群倾向于形成正相互作用，而来自不同分类群的OTU随机地形成负相关和/或正相关作用。

分析网络图的拓扑结构发现，大多数节点（77.5％）是外围节点（peripherals），21个节点（17.5％）是与能够其他多个模块产生高度联系的连接器（connectors）。Zi和Pi值都高的模块枢纽和网络枢纽节点均与其他模块的连通度较高，是该微生态群落中的关键物种。在本研究中，中枢物种f_Rhodothermaceae（OTU146287）和g_Treponema（OTU40583），在所有样本中的相对丰度均非常低（0.33％，0.38％）。上述证据表明，这些低丰度的微生物可能是其中的关键群体，在生态网络中发挥着重要的作用。