铁是地球上几乎所有生命的微量营养素。它可以被铁氧化和铁还原微生物用作电子供体和电子受体，并用于多种生物过程，包括光合作用和呼吸作用。虽然铁是地壳中含量第四丰富的金属，但在有毒环境中，铁的生长往往受到限制，因为它很容易被氧化和沉淀。我们对微生物如何竞争和利用铁的大部分理解都是基于实验室实验。
铁在环境中以两种主要的氧化还原价态存在：三价铁，在中性pH条件下难溶；二价铁，更易溶，因此更易于被生物利用。尽管铁只有两个自然存在的氧化还原价态，其生物地球化学相互作用构成了一个包括生物和非生物反应的紧密而复杂的相互作用网络，决定了环境中铁的组分、流动性和反应性。
图 铁的生物地球化学循环[1]
宏基因组新增-铁元素循环分析——凌恩生物
下一代测序的出现和公开序列数据的激增，使探测环境中微生物群落的结构和功能成为可能。为了弥补我们对模型微生物中铁获取、铁氧化还原循环、铁储存和磁小体形成的理解与环境研究中大量的序列数据之间的差距，我们基于细菌和古菌中与铁获取、储存和还原/氧化相关的基因创建了一个隐藏马尔可夫模型（HMM）的综合数据库，并开发了FeGenie数据库。
数据库中的铁相关基因主要分为以下类别：
经典文献案例
译名：宏基因组学揭示铁代谢在干旱诱导的根际微生物动力学中的作用[2]
期刊：nature communications
影响因子：16.6
DOI：10.1038/s41467-021-23553-7
基因组解析宏基因组学领域的最新进展现在允许对来自复杂环境（包括土壤）的单个群落成员的基因组进行分类，从而能够对分离物和分离物序列不可用的微生物进行比较基因组分析。这一策略被用来更好地理解土壤C-N化合物的周转以及土壤细菌群落中次生代谢产物生物合成基因多样性的表征。最近的研究表明，干旱会导致根系微生物群发生剧烈、高度保守的变化。目前，这些反应背后的分子机制在很大程度上仍不清楚。
本研究对高粱幼苗采取两种灌溉处理，基于宏基因组学和比较基因组学来证明碳水化合物和次级代谢物运输功能在干旱丰富的分类群中被过度表达。通过RNA-seq，证明了根内的铁稳态受到干旱胁迫的影响，并且植物铁载体铁转运蛋白的丧失影响微生物群落组成，致使富含干旱谱系的放线菌显着增加。本研究结果突出了铁代谢、干旱和植物根部微生物组之间的联系，并证明了采用宏基因组指导的比较基因组学来发现这种关系的实用性。
图1 55个MAG的系统发育树
图2 干旱胁迫下高粱根中铁代谢基因的表达
图3 铁、干旱和根系微生物组之间的相互作用模型
参考文献
[1] An evolving view on biogeochemical cycling of iron. Nature Reviews Microbiology, 2021. https://doi.org/10.1038/s41579-020-00502-7.
[2] Genome-resolved metagenomics reveals role of iron metabolism in drought-induced rhizosphere microbiome dynamics. Nature communications, 2021.
