南海氨氧化原核生物的生物地理学揭示：新谱系及其生态位分化

本研究针对海洋沉积物中氨氧化原核生物（AOPs）多样性及生态位分化的认知空白，通过高通量测序技术解析南海表层沉积物中AOPs的群落结构与分布规律。研究发现91%的OTUs属于未报道的新谱系，首次揭示了AOA（氨氧化古菌）和AOB（氨氧化细菌）在浅海与深海沉积物中的显著分异，并证实温度和深度是驱动其生态位分化的关键因子，为海洋氮循环机制提供了全新见解。

　　

海洋氮循环是维系地球生命系统的关键过程，而氨氧化原核生物（AOPs）作为将氨转化为亚硝酸盐的"微生物引擎"，长期主导着这一过程的初始步骤。尽管自19世纪Sergei Winogradsky分离首株氨氧化细菌（AOB）Nitrosomonas europaea以来，科学家已陆续发现氨氧化古菌（AOA）和全程氨氧化菌（comammox），但海洋沉积物中AOPs的真实多样性仍如深海般神秘。尤其在南中国海（SCS）这类具有复杂水文特征的区域，AOPs的群落分布规律及其环境驱动机制始终存在三大谜团：已知培养菌株无法代表环境样本中绝大多数未培养微生物；传统克隆文库技术低估低丰度物种；不同水深梯度下的生态位分化机制尚未系统解析。

为破解这些难题，中国研究人员对南海21个站位表层沉积物展开多航次采样，采用基于amoA基因（氨单加氧酶功能标记）的高通量扩增子测序技术，结合PCoA（主坐标分析）和Pearson相关性分析，首次绘制了南海AOPs的生物地理学图谱。研究通过PowerSoil DNA提取试剂盒获取环境DNA，使用巢式PCR扩增amoA基因片段，经Illumina平台测序后，借助MOTHUR和QIIME进行生物信息学分析，最终通过R语言完成统计学可视化。

研究结果

样本收集与理化参数测量
三航次采集的沉积物样本覆盖南海浅海至深海梯度（50-3500米），理化数据显示温度与深度呈显著负相关，为后续生态位分析奠定基础。

AOA与AOB群落的α多样性
从110,608条高质量AOA序列中鉴定出418个OTUs（操作分类单元），Good's覆盖率达0.99。Chao1指数显示深海站位AOA多样性显著高于浅海，而AOB的Shannon指数在200米以浅区域最高，暗示二者存在差异化的环境适应策略。

新AOA在南海的群落组成与分布
91%的OTUs无法归类至已知AOA类群，其中15个优势OTUs构成全新进化支。仅2个OTUs与已知海洋类群Nitrosopelagicus和Nitrosopumilus相似，而OTU11作为首例报道的土壤分支（Group I.1b）AOA，挑战了传统海洋AOA分类框架。

新AOB的发现及其环境适应
所有6个优势AOB OTUs与已知菌株相似性<95%，形成γ-变形菌纲下的独立分支。这些新AOB在低铵环境中呈现活跃状态，暗示其可能进化出独特的氨亲和力调控机制。

环境因子驱动AOPs群落分异
PCoA揭示浅海与深海AOPs群落显著分离（ANOSIM P<0.01）。Pearson分析指出温度（r=0.82）和深度（r=0.79）是主导因素，而铵盐浓度仅与浅海AOB显著相关（P<0.05），表明深海AOPs可能采用不同于浅海的能量获取策略。

结论与意义
该研究首次系统证实南海沉积物中存在大量未培养AOPs新谱系，其中AOA以海洋分支（Group I.1a）为主导但包含意外出现的土壤分支，AOB则完全由新发现的γ-变形菌纲集群构成。通过建立水深梯度与群落结构的定量关系，研究提出"深度-温度"双因子驱动模型，为理解全球海洋氮循环的微生物驱动机制提供了新范式。这些发现不仅拓展了对SCS生态系统功能的认知，更为后续开发基于功能微生物的海洋环境监测技术奠定了理论基础。论文发表于《Marine Environmental Research》，其揭示的AOPs生态位分化规律，对于预测气候变化背景下海洋氮循环的响应具有重要启示。