编辑推荐：
为解决从热泉样本提取 DNA 及研究其微生物群落的难题，研究人员对比两种样本均质化方式，分析 Elbrus、Ushkovsky 和富士山热泉的微生物群落。结果显示垂直均质器更优，且不同热泉微生物群落有差异。该研究为极端环境微生物研究提供重要依据。
在地球上，有一些环境曾经被认为是毫无生机的，但随着科学研究的深入，人们发现从寒冷的极地冰盖到炽热的深海热液喷口，从黑暗的深海和陆地地下到高空的平流层，这些极端环境中都存在着多样的微生物。火山活动相关的极端环境，尤其是热泉（fumarole，火山表面释放火山气体和蒸汽的区域）和温泉，由于高温，通常被认为只有嗜热菌和超嗜热菌能够生存。热泉所在的环境充满蒸汽沉积物，富含金属，暴露在不同温度和气体中，生物量低，研究难度极大。而且，目前对于火山 - 冰相互作用系统中的生物特征了解不足，这成为了科研领域的一个重要关注点。
在这样的背景下，俄罗斯科学院土壤科学物理化学和生物问题研究所等机构的研究人员开展了一项关于热泉微生物多样性的研究。他们想探究不同热泉区域微生物群落的组成情况，以及不同的样本均质化方式对从热泉样本中提取 DNA 的影响。研究结果表明，垂直均质器在从低生物量样本中提取 DNA 时，能获得更高的 DNA 平均浓度和更多的古菌扩增子序列变异（amplicon sequence variants，ASVs）。并且不同火山热泉的微生物群落组成存在明显差异，这揭示了微生物对各自极端环境的独特适应性。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为我们理解极端环境中的微生物生态提供了重要信息。
研究人员在此次研究中用到了几个主要关键技术方法：首先是样本采集，从俄罗斯的 Elbrus 火山、Ushkovsky 火山以及日本的富士山采集了热泉土壤样本；然后进行 DNA 分离与测序，使用特定试剂盒提取 DNA，通过 PCR 扩增 16S rRNA 基因的 V4 可变区和真菌 ITS 区域，再进行测序；还利用了 qPCR 技术评估样本中细菌的相对含量；最后通过一系列生物信息学分析方法，如使用 FASTQC 评估原始读数质量，用 QIIME2 进行数据处理和分析。
下面来看具体的研究结果：
- 均质化对细菌和真菌 DNA 产量的影响：研究人员对比了使用垂直 Qiagen LT 和水平 MoBio Vortex - Genie 2 均质器处理样本后总 DNA 的浓度。结果发现，在六个样本中有五个样本使用垂直均质器处理后，总体 DNA 浓度更高，尤其是 Elbrus 的 FM5 样本差异最为明显。对真菌 DNA 的研究也得到了类似结果，并且垂直均质器还能恢复更多的古菌 ASVs。而使用水平均质器时，DNA 浓度较低，在某些情况下甚至无法检测到古菌的多样性。
- 热泉的微生物组成：通过对 16S rRNA 基因的分析，研究人员发现不同热泉的细菌群落存在显著差异。Elbrus 热泉的微生物群落由多种细菌和古菌的门和属组成，其中酸杆菌门（Acidobacteriota）、变形菌门（Pseudomonadota）和绿弯菌门（Chloroflexi）的细菌占主导。Ushkovsky 热泉的微生物群落主要由泉古菌门（Crenarchaeota）组成，还包括一些嗜热细菌。富士山热泉的微生物组成则包含变形菌门、放线菌门（Actinomycetota）和厚壁菌门（Bacillota）等。
- 热泉的真菌群落：对 ITS 区域的分析表明，不同热泉的真菌群落也存在显著差异。Ascomycota、Basidiomycota 和 Chytridiomycota 是所有三个火山热泉中最主要的真菌门，但它们的丰度在不同热泉和不同深度有所不同 。
研究结论和讨论部分指出，垂直均质化方法在 DNA 产量和检测古菌成员方面相比水平均质化可能具有优势，这意味着垂直均质化可能是研究热泉等极端环境中微生物群落更有效的方法，但还需要更多的研究来进一步验证。不同热泉的微生物群落结构受到温度等环境因素的显著影响，这体现了环境特征在塑造微生物多样性方面的关键作用。该研究不仅首次全面分析了活跃和冰冻热泉区域的微生物和真菌群落，还强调了研究方法的选择对理解极端环境中微生物多样性的重要性，为后续研究极端环境微生物生态提供了重要的参考和方向。
