《Marine Pollution Bulletin》：Characteristics of benthic toxic dinoflagellate communities within three coastal regions of the Great Barrier Reef, Australia
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本研究针对澳大利亚大堡礁沿岸底栖有毒甲藻(BTD)群落分布不清、生态风险不明的问题，通过高通量测序技术对Townsville、Gladstone和Hervey Bay三个区域的BTD多样性、分布及生态关联进行了系统性调查。研究发现44个有毒或潜在有毒甲藻类群，其群落结构受区域、生境类型和大型藻类宿主显著影响，并揭示了多种甲藻的专一性栖息偏好及种间共存模式。该成果为热带/亚热带海洋生态系统的有害藻华(HAB)早期预警及风险评估提供了关键数据支撑，对保护海洋生物多样性和沿海公共卫生安全具有重要意义。
在浩瀚的海洋中，有一类微小却不容忽视的浮游生物——甲藻，它们既是海洋食物网的重要基石，也可能化身为致命的“隐形杀手”。其中，底栖有毒甲藻(Benthic Toxic Dinoflagellates, BTD)因其能够产生强烈的生物毒素而备受关注，这些毒素可通过贝类等海鲜产品在食物链中富集，最终威胁人类健康，引发诸如西加鱼毒中毒(Ciguatera Poisoning)、腹泻性贝类中毒(Diarrhetic Shellfish Poisoning)等公共卫生事件。此外，BTD的大量繁殖形成的底栖有害藻华(benthic Harmful Algal Blooms, bHABs)还会破坏珊瑚礁生态系统，导致鱼类大量死亡，对海洋生物多样性和渔业经济造成严重冲击。
尽管BTD的生态和健康风险日益凸显，但全球范围内对其群落组成、分布规律及驱动因素的认知仍存在大量空白。以世界最大的珊瑚礁系统——澳大利亚大堡礁(Great Barrier Reef, GBR)为例，这片绵延2000多公里的海域支撑着丰富的生物多样性和重要的渔业经济，然而除对少数几种能引起西加鱼毒的Gambierdiscus属物种有零星研究外，对整个GBR沿岸BTD群落的系统性调查几乎为空白。传统的显微镜鉴定方法效率低下，难以应对大范围、多样本的群落普查。因此，亟需采用先进的分子生态学手段，揭示GBR沿岸BTD的“家族谱系”及其生存密码，为风险评估和灾害预警提供科学依据。
在此背景下，由Joseph C. Perkins领衔的研究团队在《Marine Pollution Bulletin》上发表了他们的最新研究成果。为了填补这一知识空白，研究人员沿着澳大利亚昆士兰海岸，选取了从热带（Townsville）到亚热带（Gladstone, Hervey Bay）的三个典型区域，开展了一次大规模的底栖有毒甲藻群落普查。他们运用环境DNA (eDNA) 宏条形码技术，针对18S rRNA基因的V8-V9高变区进行高通量测序，结合精细的生物信息学分析和多元统计模型，首次全面刻画了该区域BTD的多样性图谱、空间分布格局及其与生境、宿主和环境的复杂关联。
本研究的关键技术方法主要包括环境样本采集与DNA提取、靶向扩增与高通量测序，以及生物信息学与多元统计分析。研究人员从三个研究区域的14个采样点（Townsville 4个，Gladstone 5个，Hervey Bay 5个）采集了附着于大型海藻的底栖微生物样本，使用PPLPP法从水样中提取总DNA。随后，采用甲藻特异性引物对18S rRNA基因的V8-V9区域进行PCR扩增，并利用Illumina MiSeq平台进行高通量测序。产生的序列数据经过DADA2流程进行质量控制、去噪和生成扩增子序列变异(ASV)，再与SILVA数据库进行比对以完成物种分类注释。最后，运用包括主坐标分析(PCoA)、典范对应分析(CCA)和共现网络分析在内的多种统计方法，深入解析了BTD群落的多样性、结构及其与环境因子的关系。
3.1. 甲藻多样性昆士兰，澳大利亚
通过对超过千万条原始序列的分析，研究团队在三个区域共鉴定出1,887,583条属于甲藻纲(Dinophyceae)的高质量序列。Gymnodiniales、Gonyaulacales、Peridiniales、Syndiniales和Prorocentrales这五个目占据了总序列量的96.2%，其中Gymnodiniales相对丰度最高(45.3%)。不同采样点的优势类群存在差异，例如Manning Reef站点以Peridiniales为主，而Nelly Bay等站点则以Gonyaulacales为主，初步揭示了甲藻群落的空间异质性。
3.2. 模拟群落和引物验证
为确保数据的可靠性，研究人员构建了包含五种常见BTD的合成DNA模拟群落来评估引物扩增偏好。结果发现，测序读长比例与DNA输入比例并不完全一致，存在明显的扩增偏差。因此，后续分析侧重于物种的存在/缺失信息，而非绝对丰度，以避免因技术偏差导致的错误解读。
3.3. Alpha和Beta多样性
Alpha多样性（香农指数）分析显示，各站点及其重复样本间的物种多样性和均匀度存在显著差异，例如Townsville的Shelly Beach多样性最高，而Hervey Bay的Wathumba Creek站点则变异较大。Beta多样性分析（基于Bray-Curtis相异性的PCoA）进一步表明，BTD群落结构存在明显的区域分异和站点特异性。Townsville、Gladstone和Hervey Bay的群落各自聚簇，且同一区域内不同生境（如Gladstone的内外礁、Hervey Bay的岛屿与大陆站点）的群落也显著分离，说明从大区域到微生境的多尺度环境过滤共同塑造了BTD群落。
3.4. 底栖有毒甲藻(BTD)：分布和区域差异
本研究共鉴定出44个有毒或潜在有毒甲藻类群。热图分析和韦恩图显示，Gambierdiscus carpenteri、Amphidinium fijiensis等物种分布广泛，而Alexandrium affine、Amphidinium klebsii、Karenia mikimotoi等物种则表现出强烈的区域特异性，仅出现在Hervey Bay。Townsville拥有最多的独有类群（6个），如Coolia tropicalis和Prorocentrum emarginatum。共有19个类群在三个区域均有发现，表明存在一批广布种。
3.5. 底栖有毒甲藻：生境、大型藻类和深度变异
生境类型和大型藻类宿主被证明是驱动BTD群落结构的关键因素。PERMANOVA分析表明，二者对群落组成的解释度分别达到17%和23%。Gambierdiscus holmesii、K. mikimotoi和A. affine等物种严格局限于河口生境和Cladophora藻体上，而Ostreopsissp.和Prorocentrum lima则只出现在礁区生境的Sargassum上。Amphidinium carterae、G. carpenteri等则为广布种。深度分析表明，所有BTD均出现在浅水区（0.2-4.2 m），部分物种在深水区（12.6-18 m）也有发现，但浅水区的物种丰富度更高。CCA分析清晰地展示了物种、站点与环境因子（区域、生境、宿主、深度）之间的关联，例如Sargassum与多个Amphidinium物种在CCA图中紧密聚集。
3.6. 底栖有毒甲藻：类群间的共存关系
共现网络分析揭示了BTD物种间复杂的相互作用。Townsville的网络最为复杂，以负相关关系为主；Hervey Bay次之，正负相关均有；Gladstone的网络则相对简单。值得注意的是，Gambierdiscus、Amphidinium和Ostreopsis在Townsville表现出正相关，暗示它们可能共享相似的微生境或存在生态位互补。而Karenia和Alexandrium属的物种在不同区域也多次显示正相关，可能反映了它们对某些环境条件的共同响应或相似的物候规律。
该研究的结论与讨论部分深刻阐述了其发现的重要意义。首先，这项研究揭示了澳大利亚昆士兰海岸带BTD群落具有高度的物种多样性和显著的空间结构。44个有毒类群的检出，特别是多种已知产毒物种（如产西加毒素的Gambierdiscus、产石房蛤毒素的Alexandrium、产短裸甲藻毒素的Karenia等）的广泛存在，表明该区域存在潜在的海洋毒素风险。其次，研究强调了微生境过滤的关键作用。河口、海草床、珊瑚礁等不同生境，以及Sargassum、Cladophora、Lobophora等不同大型藻类宿主，共同构成了BTD生存的“微观地理格局”，塑造了其独特的群落 assembly 过程。一些物种表现出的高度专一性（如Amphidinium klebsii仅与Lobophora共存）为理解物种共存机制和生态位分化提供了新视角。
更为重要的是，本研究在传统上被认为是浮游种类的Alexandrium、Karenia等属的底栖样品中检测到了其DNA信号。这提示我们，这些重要有害藻华物种可能存在于底栖环境（如休眠孢囊或附着生活阶段），底栖生境可能是其种库，在适宜条件下萌发并引发水华。当前南澳大利亚正遭受Karenia mikimotoi水华困扰，造成大量海洋生物死亡，本研究在Hervey Bay河口检测到该物种，无疑为这一重要渔业和生态区域的HAB风险预警敲响了警钟。
综上所述，这项研究利用分子生态学手段，首次系统描绘了大堡礁沿岸底栖有毒甲藻的多样性分布图，深化了我们对BTD群落构建机制的理解。其研究成果不仅为海洋生态学提供了宝贵的基础数据，更重要的是为有害藻华的监测、预警和风险管理提供了精准的时空靶点。未来，结合毒素检测、细胞计数和持续监测，将能更全面地评估这些“水下隐形杀手”的真实威胁，为保护大堡礁这一世界自然遗产的生态健康、保障沿海地区的渔业安全和公众健康奠定坚实的科学基础。
