陆生蛞蝓体壁微生物组揭示软体动物核心共生菌群及其环境适应潜力

《Microbial Ecology》：The Body Wall Microbiome of the Terrestrial Slug Deroceras laeve Reveals Potential Endosymbionts and Shares Core Organisms with Other Mollusks

本研究针对缺乏外壳保护的陆生蛞蝓Deroceras laeve，通过宏基因组测序技术首次系统解析其体壁微生物组结构，发现其携带具有生物质降解功能的γ-变形菌纲（Gamma-Pseudomonadota）和子囊菌门（Ascomycota）等核心微生物类群，并通过比较14种软体动物揭示跨物种保守的微生物核心组成（Uroviricota、Euryarchaeota、Pseudomonadota、Ascomycota），为理解无壳软体动物环境适应机制提供新视角。研究成果发表于《Microbial Ecology》。

　　

在自然界中，软体动物展现出惊人的环境适应能力，尤其是那些缺乏坚硬外壳保护的陆生蛞蝓，它们如何通过微生物共生策略应对环境挑战一直是科学家关注的焦点。作为一种全球分布的沼泽蛞蝓，Deroceras laeve因其再生能力和退化-再生长现象成为新兴模式生物，但其体壁微生物组的组成和功能却鲜为人知。由于体壁是直接接触环境的第一道屏障，其微生物群落可能在水分保持、病原防御和营养获取等方面发挥关键作用。

为了揭示这一科学谜题，墨西哥国立自治大学神经生物学研究所的团队在《Microbial Ecology》上发表了最新研究。研究人员采用宏基因组鸟枪法测序技术，对实验室饲养的D. laeve体壁样本进行深度分析，并与13种不同生态环境（陆地、淡水、海水）的软体动物微生物组进行比较。研究不仅描绘了D. laeve体壁的完整微生物图谱，还首次提出了软体动物跨物种核心微生物组的概念。

关键技术方法包括：通过酶消化法从蛞蝓体壁分离微生物DNA，使用Illumina NextSeq 500平台进行高通量测序；利用Kraken2软件和Plus PFP数据库进行病毒、古菌、细菌和真菌的分类学注释；采用metaSPAdes进行宏基因组组装，通过eggNOG-mapper进行功能注释；运用多种统计学方法（Chao1指数、Shannon指数、NMDS、PERMANOVA）分析微生物多样性和群落结构差异。

3.1. 稀有化和α多样性

研究通过对D. laeve微生物组的稀有化曲线分析，发现所有微生物域的曲线均达到平台期，表明测序深度足以覆盖大多数微生物种类。α多样性分析显示，细菌群落具有最高的Chao1丰富度和Shannon多样性指数，其次是病毒、古菌和真菌。与野生环境中的其他软体动物相比，实验室饲养的D. laeve在所有微生物域中均表现出较低的Chao1值，这可能反映了环境条件对微生物多样性的影响。

3.2. 软体动物微生物群的全局分类学

3.2.1 病毒

在D. laeve和所有其他软体动物中，有尾噬菌体门（Uroviricota）是最主要的病毒门类（52%），其次是核质病毒门（Nucleocytoviricota，15%）和逆转录病毒门（Artverviricota，10%）。这些病毒类群构成了软体动物的核心病毒微生物群。值得注意的是，D. laeve中发现了针对植物病原菌的Erwinia phage和与马铃薯黑胫病相关的Certrevirus，表明陆生蛞蝓可能作为植物病毒的传播载体。

3.2.2 古菌

古菌域主要由广古菌门（Euryarchaeota，67%）和泉古菌门（Crenarchaeota，17%）主导。研究首次在陆生蛞蝓（D. laeve和A. ater）中发现了嗜盐古菌Halobaculum和Halovivax，这些古菌通常存在于高盐环境中。同时，甲烷杆菌属（Methanobacterium）、甲烷短杆菌属（Methanobrevibacter）和甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）等产甲烷古菌的普遍存在，表明它们在软体动物碳循环中可能发挥重要作用。

3.2.3 细菌

细菌域中，变形菌门（Pseudomonadota）在大多数软体动物中占主导地位。D. laeve的体壁以梭菌属（Clostridium）和黄杆菌属（Flavobacterium）为特征，而黑蛞蝓A. ater则携带更丰富的γ-变形菌纲，包括Citrobacter、Enterobacter、Kluyvera等具有纤维素降解能力的菌属。这些发现支持了软体动物与γ-变形菌纲之间存在功能性共生关系的假设。

3.2.4 真菌

真菌群落中子囊菌门（Ascomycota）占绝对优势（86%），其次是担子菌门（Basidiomycota，13%）。D. laeve的真菌群落以Debaryomyces为特色，而淡水软体动物则富含Neurospora。这些真菌多数与有机物降解和发酵过程相关，提示它们在软体动物消化和营养循环中可能具有重要功能。

3.3. β多样性

通过非度量多维尺度分析（NMDS）发现，病毒和真菌群落在不同软体动物物种间聚类更为紧密，而古菌和细菌群落则表现出更大的变异性。PERMANOVA分析表明，物种、组织类型和生态系统是影响微生物群落结构的最主要因素，其中体壁和肠道组织以及淡水环境对微生物组成的影响最为显著。

3.4. 软体动物微生物组的功能分析

功能注释结果显示，软体动物微生物组富含与有机物质代谢、细胞过程和氮化合物代谢相关的基因。碳水化合物活性酶（CAZy）分析显示，糖基转移酶（GTs）和糖苷水解酶（GHs）是最丰富的酶类，这与微生物组在碳水化合物代谢中的重要作用一致。此外，甲烷代谢途径的普遍存在进一步证实了古菌在软体动物微生物组中的功能重要性。

研究结论表明，软体动物微生物组具有高度保守的核心组成，尽管宿主物种、生态环境和组织类型存在差异，但Uroviricota、Euryarchaeota、Pseudomonadota和Ascomycota这四个门类始终占据主导地位。这种保守性提示软体动物与特定微生物类群之间可能存在古老的共生关系，这些关系对宿主的环境适应和生态成功至关重要。

D. laeve体壁微生物组的特征揭示了其作为无壳软体动物的独特适应策略：通过携带植物病原菌噬菌体可能参与环境中的病原调控；嗜盐古菌的存在可能帮助应对渗透压挑战；而丰富的碳水化合物降解酶则暗示其在植物材料利用中的生态功能。这些发现不仅增进了对软体动物-微生物共生关系的理解，也为开发新型生物技术工具（如生物质降解酶、环境指示剂）提供了宝贵资源。

该研究的创新之处在于首次采用全宏基因组方法系统解析陆生蛞蝓体壁微生物组，并通过跨物种比较提出了软体动物核心微生物组的概念框架。未来研究可通过定向微生物培养、功能验证实验和宿主-微生物互作研究，进一步揭示这些共生关系的具体机制和生态影响。