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基于16S的红树林沉积物的原核生物多样性与其他生境的差异性研究

来源:admin    发布时间:2020-09-11   阅读数:90

原标题:

Prokaryotic Diversity in Mangrove Sediments across Southeastern China Fundamentally Differs from That in Other Biomes

中国东南部红树林沉积物的原核生物多样性与其他生境的显著差异

作者:Cui-Jing Zhang, Jie Pan, Chang-Hai Duan, Yong-Ming Wang, Yang Liu, Jian Sun, Hai-Chao Zhou, Xin Song, and Meng Li

期刊:mSystems

时间:2019.09

影响因子:6.519


一、研究背景

红树林位于沿海与河口交接区域,能有效缓解海浪和暴风雨等的影响,并有助于全球的碳储存,同时为多种微生物提供适宜的生长环境。随着红树林的气候、pH和营养成分不断变化,了解随机性和确定性过程在塑造红树林微生物群落中的作用显得尤其重要。具有特殊环境的红树林微生物群落与其他生境明显不同,曾经报道过的陆地、水生和人类微生物群落的分类情况也并不适用于红树林生态系统。

本文作者采集了78个来自中国东南部6个红树林自然保护区的沉积物样本进行16S测序,分析其中的微生物多样性,并与已发布的地球微生物组计划(EMP)从全球不同生态环境(包括淡水河、淡水湖、沿海地带、海洋、咸水湖和热泉)采集的1370个沉积物样本的16S数据共同分析,探究红树林微生物群落的独特之处。


二、实验结果

1、不同生境中原核生物的多样性和群落组成差异

作者将自己采集的16S数据与EMP的16S数据合并后进行抽平,共1298个样本数据量达到10000条序列。香农指数表明红树林的微生物群落α多样性显着高于其他生境(图1.a),而PCoA分析显示红树林的原核生物的β多样性与沿海地区相似,但与其他生境展示明显的差异(图1.b)。作者经过多次分析发现,中性群落模型(NCM)非常适合展示红树林、淡水河和淡水湖中的原核微生物群落组成(R2>0.6),然而该模型并不适用于沿海地区、海洋、咸水湖和热泉。而VPA分析显示,共13.9%的原核生物群落差异由地理因素和环境因素解释,包括经纬度、年平均温度(MAT)、年平均降水量(MAP)等。


香农指数结果图

图1. a: 香农指数结果;b:PCoA分析


2、红树林生态中原核生物的丰富度和多样性

在中国东南部红树林采集的78个沉积物样本中共找到103个相对丰度大于0.001%的重要OTU,其中大部分核心OTU被注释为Gammaproteobacteria (32.0%), Deltaproteobacteria (23.3%), Chloroflexi (12.6%), 和 Euryarchaeota (6.8%)(图2左)。而红树林的位置与植物对其中的原核生物丰度有显著影响,例如东寨港国家自然保护区(DZG)和深圳福田国家自然保护区(SZ)中发现最高的原核生物丰度,而在儋州自然保护区(DZ)和西门岛海洋保护区(XMD)发现红树林覆盖的沉积物的原核生物丰度显著高于互花米草(入侵物种)覆盖的沉积物。而热图聚类分析表明沉积物中原核生物群落在不同地点间有显著差异(图2.右)。


左:OTU注释结果;右:丰度聚类分析

图2. 左:OTU注释结果;右:丰度聚类分析


3、分析红树林生态中原核生物群落驱动模式

由于NCM无法完全解释红树林中原核生物群落驱动因素,因此作者使用 beta nearest-taxon index (βNTI)去探讨随机性过程和确定性过程在塑造微生物群落聚集中的作用。结果显示,大部分样本的βNTI值都高于2,表明确定性过程在红树林的原核生物群落塑造中扮演了更重要的角色(图3)VPA分析结果显示环境因素占总变化的48.9%,说明环境因素与微生物群落组成为强相关,进一步分析具体环境变量与原核生物丰度的关系,发现原核生物丰度与MAP、TOC和氨呈显著正相关。


βNTI分析图

图3. βNTI分析


三、结论与亮点

1、作者将自有数据与已有公开的数据进行共同分析来突出红树林生态中原核生物的群落特性。

2、在分析上的考虑严谨缜密,采取多种方法验证。

3、结合分析结果和已有报道确认确定性过程在红树林原核生物群落塑造过程中的作用。




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