《Ecosphere》：Spatial and environmental influences on the assembly of silk microbiomes in a social spider
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在营巢动物中，巢结构对宿主相关微生物组组装可发挥重要作用；然而，塑造所得微生物组的过程仍未被充分探索。在社会性蜘蛛Stegodyphus dumicola中，留守雌性姐妹共同建造并维护丝质巢穴、捕获猎物，并表现出异亲照顾（alloparental care）。
在营巢动物中，巢结构对宿主相关微生物组组装可发挥重要作用；然而，塑造所得微生物组的过程仍未被充分探索。在社会性蜘蛛Stegodyphus dumicola中，留守雌性姐妹共同建造并维护丝质巢穴、捕获猎物，并表现出异亲照顾（alloparental care）。研究人员以S. dumicola为测试系统，评估塑造巢微生物群落的空间和环境过程，并探讨巢相关微生物区系外源来源的作用。研究人员沿南部非洲两条正交样带采集丝与土壤样本。通过16S-rRNA和ITS条形码基因的高通量测序提取细菌和真菌群落，并使用R的SourceTracker工具、基于距离的土壤与丝差异回归以及变异分配（variation partitioning）进行评估。细菌和真菌土壤群落均未表现出由扩散限制导致的空间结构化证据。相比之下，丝群落差异显著：丝细菌群落表现出低扩散限制和更强的土壤细菌影响，而真菌群落受空间和环境过程的双重更强调控。丝群落也仅从土壤群落中获得少量真菌类群；相反，丝真菌对局部土壤群落贡献显著。与预期相反，仅土壤细菌对丝组装有显著贡献。来自其他来源（如当地植被和猎物）的真菌可能是丝群落更重要的贡献者。总体而言，这些结果凸显了土壤相关细菌缺乏扩散限制以及局部真菌扩散在微生物群落组装中的重要性。
在营巢动物中，巢结构对宿主相关微生物组的组装至关重要，但塑造巢内微生物组的过程仍未充分理解。土壤是地球上最多样化的微生物栖息地，其微生物可通过大气扩散等途径迁移至远处，例如撒哈拉沙尘可改变数千公里外高山湖泊的微生物群落。然而，土壤微生物对巢穴相关微生物组的贡献鲜有量化。社会性蜘蛛Stegodyphus dumicola为研究这一问题提供了理想系统：同巢雌性个体共同维持丝质巢穴，巢由致密的居所丝（retreat silk）和粘性捕猎网丝（capture silk）构成，二者功能和更新速率不同。该物种在纳米比亚和南非分布广泛，为开展空间和环境梯度研究提供了条件。本研究旨在揭示空间过程（扩散限制）和环境过程（温度、干旱）如何共同塑造丝微生物群落的组装，并评估土壤作为外源微生物来源的贡献。
研究人员于2018年12月沿纳米比亚南北样带（约200 km）和南非东西样带（约400 km）的22个位点采集了居所丝、捕猎网丝及对应土壤样品。使用WorldClim v2和CGIAR数据库获取年均温和干旱指数，并利用QGIS提取位点气候数据。样品经RNAlater保存后运至实验室。DNA提取和测序由ZymoBIOMICS完成，针对细菌16S rRNA基因V3–V4区域和真菌ITS区域进行PCR扩增，并在Illumina MiSeq平台测序。生物信息处理采用DADA2和UCLUST，获得扩增子序列变体（amplicon sequence variant，ASV）表。分析包括α多样性、β多样性、距离衰减回归、环境衰减回归、变异分配（variation partitioning，基于Moran特征向量图（Moran's Eigenvector Map，MEM））以及SourceTracker分析（一种基于贝叶斯的源追踪工具，以捕猎网丝为汇，土壤和居所丝为源）。由于部分样本测序失败，最终子集包含13个位点，其中9个位点同时具有细菌和真菌三类样本。
结果一：丝微生物群落由与土壤共享的丰富类群主导。通过多样性比较发现，细菌γ多样性共7793个ASV，其中38.4%仅存在于丝，50.8%仅存在于土壤，10.8%两者共享，但共享ASV的相对丰度显著更高。真菌γ多样性共2087个ASV，41.5%仅存在于丝，39.7%仅存在于土壤，10.2%共享。α多样性分析显示，稀有ASV驱动了细菌丰富度差异（方差分析（analysis of variance，ANOVA）p=0.001）和真菌变异性差异（ANOVA p=0.003），但真菌丰富度差异不显著（p=0.2）。置换多元方差分析（permutational multivariate ANOVA，PERMANOVA）表明样本类型解释了约21%（细菌）和18%（真菌）的组成方差，丝与土壤群落组成显著不同。
结果二：丝群落组装受扩散和环境共同调控。距离衰减回归和变异分配结果显示，丝细菌群落的组成变异主要归因于环境梯度（温度、干旱）而非空间距离（典范对应分析（canonical correspondence analysis，CCA）penvir<0.03，pspat>0.08），但同一巢穴内捕猎丝和居所丝之间的相似性显著高于不同巢穴（距离衰减p<0.001），表明短距离内存在扩散限制。丝真菌群落则同时受到空间过程（CCA pspat<0.009）和环境过程（penvir<0.04）的显著影响，并且丝类型之间表现出强距离衰减（p<0.001），说明真菌在局域和区域尺度均存在扩散限制。相比之下，土壤细菌和真菌均未表现出显著的距离衰减或环境梯度影响（土壤细菌CCA penvir=0.047，pspat=0.064；土壤真菌penvir=0.08，pspat=0.256），提示土壤微生物在区域尺度上混合均匀。
结果三：丝与土壤的局部相似性由居所丝来源类群驱动。SourceTracker分析共识别了1930个细菌ASV和607个真菌ASV进行来源归类。细菌中，土壤来源类群平均占捕猎网丝细菌含量的28%±6%，占居所丝13%±7%，占土壤自身67%±4%；居所丝来源类群则占捕猎网丝46%±4%，占居所丝76%±8%，占土壤11%±3%。真菌中，土壤来源类群仅占捕猎网丝3%±1%，占居所丝1%±1%，占土壤30%±8%；居所丝来源真菌占捕猎网丝60%±12%，占居所丝84%±4%，占土壤38%±10%。此外，大量高丰度真菌（如Pleosporales和Aureobasidium）被归类为居所丝来源，可能源自植物或猎物。这些结果表明，细菌的土壤–丝交换以土壤向丝方向为主，而真菌的丝–土壤交换则更为突出。
在讨论中，研究人员指出，丝与土壤微生物组成差异显著，否定了土壤微生物简单“污染”丝群落的假设。丝群落对环境梯度更强的反应可能源于居所丝的缓冲微环境和捕猎网丝的暴露状态。真菌扩散限制强于细菌，可能与其繁殖体较大、传播距离较短以及历史偶然性有关。土壤–丝真菌距离衰减强于细菌，支持真菌扩散的局域性。SourceTracker结果进一步显示，丝真菌对土壤的贡献大于土壤真菌对丝的贡献，某些丝真菌可能来源于植物或猎物。研究还类比了人类建成环境中细菌和真菌的不同传播模式，强调尺度依赖的集合群落过程是理解巢穴微生物组组装的关键。
研究结论：本研究揭示了社会蜘蛛丝微生物组组装中，土壤细菌作为区域性均质化库，对丝细菌群落有显著贡献，而土壤真菌对丝真菌影响有限；相反，丝真菌积极补充周围土壤真菌群落。细菌和真菌群落虽受类似的组装过程影响，但发生在不同的空间尺度上。这些发现强调了将跨生境扩散纳入微生物群落组装研究的重要性，也为理解自然巢穴及建筑环境中微生物的尺度依赖性动态提供了新的视角。
