南极硅藻沉积古DNA(sedaDNA)提取方法的优化及其在古环境重建中的应用

本研究针对南极海洋沉积物中硅藻sedaDNA提取效率低下的问题，系统比较了六种提取方法在东西南极两个站点的应用效果。研究发现方法效能主要受采样点(R2 =0.593)和样本年代(R2 =0.401)驱动，其中SiMAG和COM Short方法分别适用于不同区域。该研究为极地古生态系统重建提供了关键方法学支持，成果发表于《Marine Micropaleontology》。

　　

在浩瀚的南极冰层之下，封存着揭示地球气候历史的密码——沉积物中的硅藻化石及其遗传物质。这些单细胞浮游生物对环境变化极为敏感，其硅质外壳和DNA片段就像精密的"环境记录仪"。然而，海洋沉积物中硅藻沉积古DNA(sedaDNA)的提取始终面临严峻挑战：含量极低、高度降解、且易受抑制剂干扰。传统显微镜检测难以识别破碎的硅藻壳体或形态相似的"隐存种"(cryptic species)，而sedaDNA技术能突破这些限制，为古海洋生态系统重建提供分子层面的新证据。

澳大利亚研究团队在《Marine Micropaleontology》发表的研究，系统评估了六种sedaDNA提取方法对南极硅藻的回收效率。团队选取东西南极代表性站点U1536C和KC02的六个沉积柱样本，采用基于Armbrecht等(2020)方案的三种改良方法，与Orsi、Rohland的经典方案及Qiagen商业试剂盒进行对比。通过shotgun宏基因组测序，从DNA得率、片段长度分布和物种多样性三个维度进行综合评价。

关键技术包括：1) 东西南极2161-3100米深度的沉积柱采样；2) 六种sedaDNA提取方法的平行比较；3) 采用TapeStation分析100-500 bp特征性aDNA片段；4) 基于宏基因组数据的Bacillariophyta(硅藻门) reads定量分析。

^{sedaDNA回收效率}

结果显示不同方法间存在显著差异：SiMAG方法在西南极U1536C站点表现优异，却在东南极KC02完全失效；COM Short方法则呈现相反的地域适应性。COM QG虽在DNA区域摩尔浓度(nmol/l)检测中领先，但实际硅藻reads回收率不佳。值得注意的是，方法选择对结果的影响(R²
=0.001)远小于采样位置(R²
=0.593)和样本年龄(R²
=0.401)的贡献。

^讨论

该研究揭示了极地sedaDNA研究的核心矛盾：标准化需求与地域特异性之间的平衡。西南极站点可能因较高的原生硅藻含量更适合SiMAG的硅基提取，而东南极样品需要COM Short的温和裂解条件。不同方法还显著影响类群丰度评估(χ²
88.04-99,664.17)，这对古食物网重建具有重要启示。

^结论

研究确立了南极硅藻sedaDNA提取的黄金准则：1) 优先考虑样本地理来源而非通用方案；2) 西南极推荐SiMAG方法，东南极适用COM Short；3) 需结合显微观察验证分子数据。这项成果不仅填补了南大洋硅藻古遗传研究的空白，更为解读百万年尺度上的极地生态系统演变提供了方法学基石。正如研究者强调的，在气候变暖加剧的今天，这些封存在冰芯中的微观DNA档案，将成为预测南极生态响应的关键"基因罗盘"。