地中海沿岸浮游真菌短期暴发的五年动态特征及其生态驱动机制研究

这篇研究通过5年高频率18S V4区高通量测序时间序列(最高每周2次采样)，揭示了地中海西北部沿海站点浮游真菌的短期暴发特征。研究发现真菌相对丰度动态呈现混沌模式，41个扩增子序列变异体(ASVs)主导的暴发事件中，子囊菌门(Ascomycota)占主导地位，且多数ASVs并非地中海或海洋环境特有。研究采用代谢条形码技术(metabarcoding)和主成分分析(PCA)等方法，发现真菌丰度与生物/非生物参数间仅存在微弱关联，凸显了高频采样对研究海洋真菌动态的重要性。

　　

地中海沿岸浮游真菌的五年动态观察

ABSTRACT

过去几十年，真菌已被确认为海洋表层食物网的关键组成部分。本研究利用西北地中海沿岸站点5年高频率18S V4区代谢条形码时间序列数据，揭示了浮游真菌的短期暴发特征。该时间序列具有研究海洋真菌动态的最高时间分辨率之一(每周最多两个样本)。研究发现该站点真菌相对丰度动态主要呈现混沌模式，短期暴发由41个ASVs主导，主要归属于子囊菌门。大多数ASVs并非地中海或海洋环境特有，真菌相对丰度与生物或非生物参数间仅存在微弱关联。

实验方法

环境采样与参数

研究在法国地中海沿岸的SOLA长期观测站(42°29′366″ N，3°08′625″ E)进行。该站点水深26.3米，距离海岸1公里，毗邻间歇性河流La Baillaury。2013年5月至2017年间，研究人员定期采集3米深表层水样，使用3μm和0.22μm孔径滤膜分级过滤微生物群落。同时测量了盐度、温度、硝酸盐(NO₃^-)、亚硝酸盐(NO₂^-)、磷酸盐(PO₄^3-)、硅酸盐和叶绿素a浓度等环境参数。

DNA分析与序列处理

使用DADA2流程分析原始序列，参数设置为：trimLeft=c(20,21)，truncLen=c(250,250)。共分析了>3μm和0.2-3μm两个粒径范围的308个样本，获得约1010万条真核生物reads。使用PR2数据库(v4.10.0)进行物种注释，保留至少1000条reads的样本进行后续分析。

主要发现

真菌丰度动态特征

研究发现真菌在真核生物中的平均相对丰度(RA^Total_Fungi)仅为1.92%，但在某些样本中可高达46.3%。>3μm粒径样本的平均RA^Total_Fungi(2.96%)显著高于0.2-3μm样本(0.69%)。值得注意的是，10.2%的>3μm样本贡献了超过50%的真菌累积相对丰度(CRA^Total_Fungi)，显示真菌存在短期暴发现象。

优势真菌类群分析

子囊菌门(Ascomycota)是真菌群落中的优势门类，占总CRA^Fungi的62.8%。在>3μm粒径中，子囊菌门的CRA^Fungi高达70.3%，而在0.2-3μm粒径中，壶菌门(Chytridiomycota)占主导(30.1%)。41个主要ASVs贡献了超过90%的CRA^Total_Fungi，其中5个ASVs就贡献了50%以上。

时间动态模式

根据重现模式，41个主要ASVs可分为三类：12个(约13%CRA^Total_Fungi)呈现年周期性；大多数(77%CRA^Total_Fungi)呈现非周期性；少数为短暂出现型。值得注意的是，某些ASVs的丰度峰值可在3天内从检测限以下飙升至25%，暗示其可能具有r-策略生长特性。

生态关联分析

通过MetaPR2数据库比对发现，32个主要ASVs中有27个(73.9%CRA^Total_Fungi)存在于其他沿海水域，21个(67.5%)存在于大洋深层水域，仅12个(10.6%)为地中海特有。CCA分析显示环境变量仅解释了真菌群落变异的11-22%，表明真菌动态受多因素复杂调控。

讨论与展望

方法学考量

研究强调了18S rRNA基因作为标记基因的优势，相比ITS区域能更可靠地评估真菌在真核生物中的比例。但需注意核糖体RNA拷贝数变异可能带来的偏差，不同真菌类群间可相差两个数量级(10²-10⁴ copies/cell)。

生态学意义

真菌暴发的短暂性(通常<3天)和不可预测性表明，低频采样可能完全错过这些事件。研究推测部分暴发可能源于沉积物或陆源真菌的输入，而非原位生长，这解释了其与环境参数的弱相关性。

未来方向

建议结合沉积物和陆域采样以确定真菌来源，并采用宏转录组学验证其代谢活性。高频采样(如每日)对准确捕捉真菌动态至关重要，这在长期观测中具有挑战性但十分必要。

这项研究为理解沿海微生物群落中真菌的生态角色提供了新视角，强调了高频监测对揭示微生物快速动态的重要性。研究结果对认识海洋碳循环和生态系统功能具有重要启示。