《World Journal of Microbiology and Biotechnology》：Worldwide diversity and ecology of mangrove fungi: a systematic review of ITS metabarcoding studies and a quantitative, integrative analysis of raw sequence data
编辑推荐：
真菌是红树林微生物组的关键组分，在分解、养分循环与共生过程中发挥重要作用。本研究对全球范围内红树林生态系统开展的真菌ITS代谢编码研究进行了系统综述，共整合23篇原始研究文献的1154份样本数据，全面揭示了这一关键海岸生境中真菌的多样性、群落结构与生态功能。分
真菌是红树林微生物组的关键组分，在分解、养分循环与共生过程中发挥重要作用。本研究对全球范围内红树林生态系统开展的真菌ITS代谢编码研究进行了系统综述，共整合23篇原始研究文献的1154份样本数据，全面揭示了这一关键海岸生境中真菌的多样性、群落结构与生态功能。分析表明，全球红树林存在稳定的核心真菌群落，以子囊菌门（Ascomycota）为绝对优势类群，担子菌门（Basidiomycota）为第二大类群，由10个高丰度属构成核心骨架，且真菌多样性与组成受基质类型强烈驱动。非根际沉积物真菌多样性最高，活体植物组织则承载了更特化、多样性更低的群落，且略偏潜在植物病原菌。根际沉积物支持富含木腐真菌的独特组合。真菌在红树林的首要生态角色为分解作用，对木质纤维素凋落物降解、养分循环及沉积物碳储存至关重要。红树林植物组织上检测到出乎意料高比例的植物病原菌相对丰度，提示真菌病害在该生态系统中的作用被长期低估。代谢编码较传统采集与培养方法可揭示更广谱的真菌多样性，发现了大量未培养类群，并有效证实红树林土壤中宏观真菌（macrofungi）的显著存在且可能被低估。研究同时指出，当前短读长代谢编码因技术局限会严重低估部分类群，尤其是内生菌根球囊菌门（Glomeromycota）。本综述建立的整合基线可为未来红树林真菌组研究提供标准化参照。
引言
红树林是分布于潮间带的沿海森林生态系统，以耐盐乔木与灌木为建群种，适应咸淡水、缺氧泥质基质及每日潮汐淹没环境。其植株演化出气生根、支柱根、泌盐机制与胎生幼苗等典型特征，可在极端条件下存活。红树林根系形成的致密垫层可稳固岸线，并在溪流与潮沟沿岸构建结构复杂的生境。地理分布上，红树林覆盖美洲、欧亚大陆、非洲与大洋洲的热带与亚热带海岸带，介于北纬32°至南纬38°之间，横跨124个国家与地区。植被沿盐度梯度、淹水频率与浪涌暴露度呈带状分布，从向海前沿林到受庇护的河流与盆地林分，反映了植物生理与局地水文地貌条件的紧密耦合。红树林属于高生产力生态系统，落叶驱动碎屑食物网，支撑多样无脊椎动物群落，同时复杂根系为鱼类、鸟类与其他动物提供庇护与觅食生境。生物地球化学层面，红树林是典型蓝碳（Blue Carbon）生态系统，在植被生物量与深层有机土壤中储存大量碳库，且碳滞留时间极长，同时通过消减波浪能量与截留细颗粒沉积物促进造陆过程，并通过滞留养分与污染物改善近岸水质。上述生态功能转化为显著的生态系统服务：红树林可削减波浪能量与风暴潮冲击，减少侵蚀与洪灾损失，是气候适应型自然基础设施；作为关键育幼生境，支撑维持全球生计的捕捞渔业；其高碳密度与固碳速率使其成为兼具减缓与适应效益的自然气候解决方案优先候选对象。尽管近年全球净损失率放缓，红树林仍面临威胁：虾塘养殖、城市与港口开发及农业活动导致生境破碎化；水坝、淡水改道与河道改造引发的水文改变破坏盐度平衡与沉积物供给；退化水质施加额外胁迫；海平面上升、海洋热浪与更强台风等气候变化压力进一步叠加。真菌是红树林微生物组的核心组分，参与分解、养分循环与共生过程，类群组成高度多样，涵盖已知真菌各主要门类。近年来培养技术与测序技术进步拓展了对其多样性的认知，例如高通量iChip培养技术从红树林沉积物分离出700余株真菌，其中70%仅能通过该方法获得，表明存在大量未被历史研究捕获的不可培养谱系。红树林真菌研究虽历史悠久，但早期工作集中于形态分类学，直至近年才形成全球名录汇编，确立了子囊菌门主导、担子菌门次之的基本格局，并识别出壶菌门（Chytridiomycota）与罗兹菌门（Rozellomycota）等基部类群。功能层面，红树林真菌主要占据四类生态位：一是木质纤维素腐生，主导沉积物碳氮循环；二是植物内生，增强宿主抗逆性并产生生物活性次级代谢产物；三是植物病原，可能与未明红树林病害相关；四是菌根共生，包括外生菌根与内生菌根，帮助宿主在缺氧、高盐与寡营养沉积物中获取养分。然而传统依赖采集与培养的研究仅能捕获实际多样性的一小部分。尽管已有基于采集与培养的全球红树林真菌名录，但缺乏针对ITS扩增子代谢编码研究的全球整合分析，且现有综述未采用统一生物信息流程重分析原始序列，导致跨研究比较可靠性不足。本研究通过PRISMA指南指导的全球系统综述，结合统一流程重分析公共原始序列，首次建立红树林真菌多样性、结构与功能性状的标准化基线，可为保护规划、气候变化影响监测及菌剂联合修复设计提供支撑。
材料与方法
本研究严格遵循系统综述首选报告条目（PRISMA）指南开展。流程分为四个阶段：第一阶段为记录识别，在PubMed、Scopus与Web of Science三大数据库通过布尔运算符组合关键词检索潜在相关研究；第二阶段为记录筛选，自动去重后剔除无DOI、无法获取全文及非原创研究文献；第三阶段为研究评估，基于预定义纳入排除标准，先在Rayyan.ai平台初筛标题与摘要，再通读全文判定合格性；第四阶段为数据合成与分析。PRISMA核查表全程指导各步骤实施。
记录识别阶段，除Web of Science手动检索外，其余数据库通过Python脚本结合MySQL管理检索结果，最新检索时间为2025年6月31日，不限制文献语言与发表时间。记录筛选阶段，导出CSV文件后转为.xlsx格式，通过脚本去除无DOI及标题、DOI重复记录，再利用脚本清除合并后文件的重复项。研究选择与排除阶段，将整合记录导入Rayyan.ai平台，人工审阅标题、摘要与关键词，依据收集地点、样本类型、目标生物、测序方法及扩增区域四大标准进行二次评估，最终确定合格文献。
数据提取阶段，由三位作者从入选文献中提取以下信息：研究特征，包括文献编号、发表年份、刊载期刊；采样信息，包括红树林地理分区、国家、样本类型与测序样本量；分子数据；分类组成。
数据分析按样本类型分组进行，样本类型划分为七类：SMP_A为无植被微宇宙沉积物，SMP_B为无植被且烃污染的微宇宙沉积物，SMP_C为有植被区的非根际沉积物或土壤，SMP_D为根际土壤，SMP_E为红树林原生与伴生植物组织（叶、果、气生根、树干、根、茎），SMP_F为无植被区沉积物或土壤，SMP_G为添加微塑料的微宇宙沉积物。地理分区采用全球红树林观测（Global Mangrove Watch, GMW）分类体系，涵盖东非、中非、南非、西非、加勒比、中美洲、南美洲、北美洲、东亚、东南亚、南亚、西亚、澳大拉西亚与新西兰、美拉尼西亚、密克罗尼西亚与波利尼西亚。
分子方法与分类评估环节，首先整合入选文献的样本预处理与保存方法、DNA提取与扩增流程、测序平台信息。为确保可比性，分类组成、α多样性与β多样性分析限定于Illumina平台数据，且仅在属水平开展。SMP_F与SMP_G因原始序列未公开，不参与属水平丰度与多样性指数计算，但仍纳入其余分析环节。
原始数据下载环节，从NCBI序列读取档案（Sequence Read Archive, SRA）通过fasterq-dump工具获取序列，从MG-RAST与国家基因组数据中心（National Genomics Data Center, NGDC）手动下载数据，涵盖23项研究中可获取的公开数据集。
分类注释采用统一ITS扩增子分析流程，基于UNITE 10.0数据库，整合USEARCH、VSEARCH、Cutadapt与FastQC等工具完成质控、拼接、去噪、聚类与分类学注释，过滤掉每个样本中reads数占比低于1%的分类单元，最终生成用于下游分析的丰度表。
真菌群落分析基于R语言开展。计算各样本门与属水平的绝对与相对频度，通过ggplot2绘制条形图。属水平分类学数据用于共享性与独特性分析，通过Venn包绘制维恩图，同时对比宏条形码技术鉴定属、培养分离微真菌属与采集/培养大型真菌属的分布格局。α多样性采用Shannon指数，通过vegan包计算并由ggplot2可视化。β多样性通过主坐标分析（Principal Coordinates Analysis, PCoA）展示，结合vegan、ggrepel与ggplot2完成排序图绘制。组间操作分类单元（Operational Taxonomic Unit, OTU）组成差异通过置换多元方差分析（Permutational Multivariate Analysis of Variance, PERMANOVA）检验。
真菌类群生态性状注释依托FungalTraits数据库，将属水平OTU与之比对，匹配成功则标注对应性状，未收录属标记为未分类。后续所有百分比计算、相对丰度统计与图表生成均在Google Colaboratory环境中通过Python实现。
结果
研究识别与筛选共从三大数据库获得1145条记录，去重后剩余479篇，经标题摘要初筛排除不符合类型文献后剩438篇原创文章，全文通读后依据纳入标准最终选定23篇原创研究纳入综述。
入选研究发表于2012至2025年间，涉及18种同行评审期刊，覆盖真菌生物学、生物技术、环境科学与微生物生态学等领域。样本来自全球六大地理分区：东南亚样本量占比最高，其次为东亚、东非、南美洲、美拉尼西亚与南亚。采样基质以植物组织（SMP_E）占比最高，其次为非根际沉积物（SMP_C），其余类型占比均较低。
样本预处理与保存方法显示，仅部分研究明确记载了采样现场低温保存措施，其余未说明。预处理方案因基质而异：微宇宙沉积物多采用原位孵育后匀质化；非根际沉积物涉及匀浆研磨、过筛、震荡脱附等处理；根际土壤多采用水洗脱附或液氮研磨；植物组织普遍包含表面消毒、液氮研磨、超声与涡旋辅助清洗等步骤，以去除表生污染并充分破壁。实验室保存以-80℃最为常用，其次为-20℃、-40℃、冻干与液氮速冻，仍有部分研究未说明保存条件。
DNA提取以商业化试剂盒为主流，少数研究联用改良SDS法或CTAB法。扩增子PCR主要采用ITS1F/ITS2R引物对，其余还包括ITS5/ITS2R、ITS9Munngs/ITS4ngs等多种组合。测序平台以Illumina MiSeq、HiSeq与NovaSeq为主，少量研究采用Ion Torrent PGM、454焦磷酸测序与PacBio长读长技术。
理化特征分析显示，总碳、总氮、pH、盐度、总硫、总有机碳、总磷与电导率为高频测定指标，重金属元素分析占比较低。烃污染微宇宙研究专门测定了六溴环十二烷及其异构体浓度。
分类多样性分析显示，过滤低丰度序列后共获得763个真菌OTU，涵盖11门、38纲、102目、241科、377属与344个推定种。子囊菌门为绝对优势类群，相对丰度达91.05%，其次为担子菌门（7.23%）、蛙粪霉门（Basidiobolomycota, 1.01%）、壶菌门（0.32%）与罗兹菌门（0.26%）。分类注释存在较高比例未归类情况，属水平未分类占比达90.03%。综合所有样本，丰度最高的十个属依次为Phaeophleospora（2.38%）、Psathyrella（1.73%）、Aspergillus（1.50%）、Penicillium（0.71%）、Halosarpheia（0.37%）、Candida（0.34%）、Talaromyces（0.15%）、Trichoderma（0.14%）、Pseudallescheria（0.11%）与Corollospora（0.11%）。不同基质类群组成存在差异：无植被微宇宙以Penicillium与Aspergillus为主；烃污染微宇宙除Penicillium与Aspergillus外，Rhizopus相对丰度显著上升；非根际沉积物以Candida、Psathyrella与Penicillium为核心；根际沉积物以Aspergillus、Psathyrella与Halosarpheia为主；植物组织则以Phaeophleospora与Psathyrella占绝对优势。
属水平共享性分析表明，五类基质共有九个属，包括Candida、Kazackstania两个酵母属与Aspergillus、Cladophialophora、Colletotrichum、Ganoderma、Penicillium、Rhizopus、Talaromyces七个丝状真菌属。三类自然环境基质（非根际沉积物、根际土壤、植物组织）共享90个属，其中两两重叠数分别为非根际与根际11属、非根际与植物组织22属、根际与植物组织28属，同时各类基质均含大量独有属。两类微宇宙各有其独有属，且相互共享八个属。微宇宙与自然基质间共享属数量较低。
α多样性显示，植物组织（SMP_E）Shannon指数最低，表明其群落最简单；烃污染微宇宙、根际土壤与无植被微宇宙居中；非根际沉积物（SMP_C）多样性最高。PERMANOVA分析表明，非根际沉积物与烃污染微宇宙、无植被微宇宙差异显著，植物组织与非根际沉积物、根际土壤差异显著，非根际与根际沉积物差异显著，其余组间差异不显著。
β多样性排序显示，两类微宇宙样本聚集在原点附近且部分重叠，三类自然环境样本聚集在中上部且相互重叠较多。PERMANOVA证实多数组间群落组成差异达到显著水平。
宏条形码与传统培养对比显示，宏条形码独有属数量最多，其次为培养分离微真菌独有属与大型真菌独有属，宏条形码与培养方法共享属约占三分之一。
生态性状分析涵盖17个功能性状。生活方式上，植物组织以植物病原菌为主，烃污染微宇宙以未特指腐生菌为主，根际土壤以木腐菌与未特指腐生菌共同主导，非根际沉积物以木腐菌与未特指腐生菌为主，菌根与地衣共生类群占比均低于1%。生长型上，各类基质均以丝状真菌占绝对优势，酵母在烃污染微宇宙与无植被微宇宙中占比相对较高，其余生长型占比极低。水生生境适应性上，各类沉积物基质均以半水生类群为主，植物组织以非水生类群为主，海洋来源类群在根际与无植被微宇宙中检出。腐解基质偏好上，烃污染微宇宙以土壤腐生为主，非根际沉积物分布较均衡，根际土壤富集多基质混合腐生，无植被微宇宙偏向花果种子腐生，植物组织以木材腐生为核心。子实体类型上，植物组织以烧瓶形子囊壳为主，烃污染微宇宙以无定型子实体为主，根际土壤以伞菌状子实体为主，其余基质呈现多种类型混合。子实层类型上，除烃污染微宇宙以无子实层为主外，其余基质均以闭裹式子实层占优，根际土壤同时具较高比例褶片状子实层。
讨论
本研究通过PRISMA框架与统一生物信息流程，确立了全球红树林核心真菌组。子囊菌门在各基质中均占90%以上相对丰度，壶菌门与罗兹菌门的广泛存在提示应关注其生态功能。属水平核心类群包含广布成功的Aspergillus、Penicillium等，以及Psathyrella、Phaeophleospora等红树林特征属，多数已在既往培养或采集研究中得到印证。宏条形码相较传统方法可大幅拓展多样性认知，尤其揭示了大型真菌的潜在高多样性，同时仍存在技术偏差：短读长扩增子会严重低估球囊菌门，这与该类群体内转录间隔区拷贝数高度变异直接相关。功能性状分析进一步细化了群落生态策略：腐生主导分解过程，植物组织高比例病原菌提示病害风险被低估，根际特异的伞菌类群可能驱动关键养分周转，半水生适应性反映潮汐环境选择压力，酵母在烃污染生境的富集指向其生物修复潜力。未来需引入全长ITS长读长测序技术，完善球囊菌门等难扩增类群检测，并结合培养组学分离核心功能菌株，服务于红树林生态修复实践。
结论
本研究通过系统综述整合全球红树林真菌ITS代谢编码研究，确立以下核心模式：存在跨基质与基质特异的双层核心真菌组；基质类型是群落构建首要驱动因子；担子菌门Psathyrella属是全球核心类群；伞菌状子实体与褶片子实层的高丰度提示大型真菌生态作用被低估；Halorosellinia与Halosarpheia分别是非根际与根际沉积物的特征属；烃污染微宇宙中酵母生长型显著富集；腐生是首要生态功能；代谢编码揭示大量未培养类群与隐藏的大型真菌多样性；短读长技术导致球囊菌门严重低估。建议未来开展18S-ITS-28S全长代谢编码研究，精准解析菌根真菌多样性，并以此为基础构建菌剂联合体支撑红树林生态修复。
