《Harmful Algae》：Comparison of microscopy and metabarcoding for long-term monitoring of harmful algae taxa in the Western English Channel
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•在分子数据集中，有害藻华（HAB）类群的丰度更高且多样性更丰富。•Pseudochattonella 属物种仅在分子数据集中被一致检测到。•Amphidinium 和 Amphidoma 属物种仅在显微镜数据集中被检测到。•Phaeocystis 和 Pseudo-nitz
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在分子数据集中，有害藻华（HAB）类群的丰度更高且多样性更丰富。
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Pseudochattonella 属物种仅在分子数据集中被一致检测到。
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Amphidinium 和 Amphidoma 属物种仅在显微镜数据集中被检测到。
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Phaeocystis 和 Pseudo-nitzschia 属物种的丰度在两个数据集中均呈相关性。
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在某些情况下，生态位幅度取决于所使用的数据集。
引言
有害藻华（HABs）是自然界中由某些自然存在于浮游植物群落中的类群引起的高生物量和/或产毒事件（Marampouti 等，2020）。虽然这些高生物量藻华通常由无毒物种引起（Anderson 等，2012），但值得注意的是，某些有毒类群（例如 Alexandrium 属）即使在低细胞密度下也可能构成风险（Jester 等，2009；Kon 等，2015）。这些 HAB 事件通过多种方式影响其他物种（包括人类）和环境：例如，贝类积累毒素导致水产养殖中断，鳃部损伤导致鱼类死亡；破坏食物网；以及在藻华生物量 undergo 细菌降解时形成低氧区（Anderson 等，2012；Esenkulova 等，2020；Pearson 等，2021）。
在变化的海洋中，气候变化介导的浮游生物群落重组具有潜力（Weydmann-Zwolicka 等，2024），这可能改变 HAB 事件的模式，和/或改变 HAB 类群的分布（Benedetti 等，2021）。持续监测这些群落非常重要，以便能够及时识别组成变化以及 HAB 物种丰度和范围的变化。除了监测 HAB 物种的生态和分布外，由于浮游植物代表海洋食物网的基础，通过持续的长期监测了解这些物种的变化是必要的，因为变化将根本影响更高营养级的群落（Henson 等，2021）。
在某些地点，气候变化驱动的变化已经被观察到。例如，在一些地区报告了群落从小型浮游硅藻向 Phaeocystis globosa 和其他形成群体及具鞭毛物种的转变（N?thig 等，2015；Weydmann-Zwolicka 等，2024）。在其他地区，海洋混合和洋流的近期变化（例如北极水域的大西洋化）似乎正在驱动浮游植物群落的变化，物种被运输到新区域，特定类群（如硅藻）减少，随后纳米和微型浮游类群（例如甲藻和纤毛虫）增加（Walczowski 等，2012；Weydmann-Zwolicka 等，2021；Weydmann 等，2014）。
虽然需要对浮游植物群落进行精细的高时间分辨率监测，但目前的 HAB 监测方法（依赖使用倒置显微镜识别形态特征）尚不可行。基于显微镜的分类学实施具有挑战性，因为需要高度训练有素且经验丰富的分类学家，且其耗时巨大。对于更广泛的浮游植物群落分析，显微镜还有额外缺点，即无法分辨小型浮游植物尺寸等级，使用相对较小的样品量可能会错过稀有类群，并且无法通过形态将所有类群鉴定到种级（Rivas-Villar 等，2021；Torstensson 等，2026）。然而，显微镜的一个重要优势是可以估计生物体积和生物量碳浓度，这是生态评估中的关键参数，如欧盟水框架指令（水框架指令，2000）和海洋战略框架指令（海洋战略框架指令，2008）所使用的。
相比之下，通过宏条形码测序的分子方法解决了显微镜的许多缺陷，易于规模化且具有成本效益。样品处理不需要特定的专业技能，该方法灵敏度极高，可以检测到显微镜无法分辨的过小班群，并且根据所使用的引物集，潜在地可提供种级分辨率。据称，处理数升水作为单个样本的能力（而不是显微镜样本的 100 多毫升）可以改善稀有类群的检测。然而，最近的一项研究（Andersson 等，2023）得出结论，即使在较小的体积（25 毫升）下，宏条形码方法也比显微镜方法提供了更多的多样性。尽管如此，条形码方法仍面临一些挑战。与显微镜广泛采用的标准方案（如乌特穆方法）形成鲜明对比的是，分子分析方法学差异很大。差异存在于分析流程的所有部分，从样本采集、DNA 提取和引物使用到生物信息学流程及参考数据库。
尽管有许多优势，且一些研究建议用宏条形码测序取代显微镜（Kim 等，2019），但将浮游植物监测过渡到主要以分子鉴定仍具有挑战性。很少有研究比较这两种方法用于浮游植物群落评估（例如 Andersson 等，2023；Huo 等，2020；Nicolosi Gelis 等，2024；Nistal-García 等，2021；Xiao 等，2014；Zimmermann 等，2015），因此需要进一步研究以充分理解和比较这些方法。当考虑到对浮游植物子集（如 HAB 类群）进行靶向监测时，这种需求尤为紧迫。
本研究的目的是对独特的二十年时间序列应用三种不同的评估方法时，显微镜和分子分析获得的结果进行比较。首先，在英吉利海峡西部长期监测站（L4 站）产生关键 HAB 类群的平均季节性群落组成；其次，可视化构成季节性 HAB 群落的关键类群的丰度；第三，结合环境数据推导 L4 监测点关键 HAB 类群的基本生态位估计。
章节摘要
显微镜和分子方法进行的分类检测
配对的丰度数据集包含 188 个采样点，跨越 2001 年 2 月至 2021 年 11 月。数据集在 2018 年 12 月至 2021 年 2 月期间存在一个空白期。源自显微镜的丰度此后称为“细胞相对丰度”，而源自分子数据集的则称为“序列相对丰度”。每个数据集中标识的属、其毒素概况（如已知）、与藻华事件相关的风险以及相关中毒情况
分子与显微镜方法在监测 HAB 类群方面的比较
几项比较研究指出，某些类群被一种方法识别而在另一种方法中缺失；与本研究一致，许多研究报告称与显微镜相比，宏条形码产生了高得多的多样性（Esenkulova 等，2020；Nicolosi Gelis 等，2024；Zimmermann 等，2015）。 在这里，通过将研究限制在关键 HAB 类群而不是整个群落，我们采取了一种聚焦方法，考虑了针对特定的宏条形码
结论
几项研究建议，采用多对引物靶向不同的条形码区域可能有助于解决条形码方法和分类分辨率方面的一些已知问题（Esenkulova 等，2020；van der Loos & Nijland，2020）。然而，我们认为更关键的是采用并部署标准化的宏条形码方法，与显微镜监测相结合，控制从样本采集到生物信息学流程的每一个分析环节
资助
本研究由欧盟在“地平线欧洲”研究和创新计划下共同资助，作为"ACTNOW"（GA#101060072）、"MISSION ATLANTIC"（GA#862428）和"BIOcean5D"（GA#101059915）的一部分。CEW 得到了英国自然科学基金会（NERC）国家能力长期单中心科学计划“气候相关大西洋扇区科学”的资助支持，项目编号 NE/R015953/1。
代码可用性
用于处理数据的 R 脚本可根据要求提供。
作者贡献 KCL：形式分析，数据整理，可视化，软件，验证，撰写——初稿，撰写——审查与编辑。LK：形式分析，方法论，可视化，软件，撰写——审查与编辑。JWD：形式分析，方法论，软件，撰写——审查与编辑。CEW：调查，数据整理，资源，撰写——审查与编辑。MC：概念构思，资助
CRediT 作者贡献声明
Keelan C. Lawlor：撰写——审查与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，软件，形式分析，数据整理。Lo?ck Kléparski：撰写——审查与编辑，可视化，软件，方法论，形式分析。Joanna Warwick-Dugdale：撰写——审查与编辑，软件，方法论，形式分析。Claire E. Widdicombe：撰写——审查与编辑，资源，调查，数据整理。Michael Cunliffe：撰写——审查与编辑，监督，项目
Keelan C. Lawlor|Lo?ck Kléparski|Joanna Warwick-Dugdale|Claire E. Widdicombe|Michael Cunliffe
