与北极苔藓动物Tricellaria ternata (Ellis & Solander, 1786)相关的原核生物群落——来自斯瓦尔巴群岛伊斯峡湾：未来生态评估的基线特征

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Prokaryotic communities associated with the Arctic bryozoan Tricellaria ternata (Ellis & Solander, 1786) from Isfjorden, Svalbard: baseline characterization for future ecological assessments

　　

关于北极苔藓动物Tricellaria ternata (Ellis and Solander, 1786)的微生物学数据首次被报道。研究人员从伊斯峡湾（斯瓦尔巴群岛斯匹次卑尔根岛西海岸）采集了苔藓动物群体碎片、海水和沉积物，并通过高通量16S rRNA基因测序对原核生物群落进行了表征。苔藓动物相关群落以变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidota）、疣微菌门（Verrucomicrobiota）和放线菌门（Actinobacteriota）为主，而海水和沉积物群落还包括厚壁菌门（Firmicutes）和脱硫杆菌门（Desulfobacterota）。尽管海水与T. ternata相关微生物组共享一些宽泛的分类群，但在科和属水平上表现出独特的群落组成。包括Leucothrix、Methylotenera、Pseudovibrio和Pibocella在内的几个细菌类群在苔藓动物样本中富集，且未在分析的环境样本中检测到；然而，鉴于有限的时空采样，这些模式应被解释为优先关联或富集，而非严格宿主特异性的证据。几个检测到的类群此前与可能参与甲烷、硫和氮循环的微生物相关联，尽管这些生态功能代表推断的潜在作用，而非直接证明的活动。本研究为未来对北极生态系统中宿主相关微生物群落及其变异性开展调查提供了基线。

**论文解读：北极苔藓动物Tricellaria ternata原核生物群落的基线特征——为未来生态评估提供参考**

**研究背景与意义**

北极地区正经历前所未有的快速变化，其变暖速率约为全球平均的四倍。温度升高、大西洋化（Atlantification）加剧、海冰减少和冰川加速融化共同改变了该区域的物理环境，对生物系统产生深远影响。底栖动物占北极动物生命的90%以上，其中苔藓动物（Bryozoa）多样性显著，已记录超过300种。苔藓动物是固着、滤食性底栖无脊椎动物，常作为硬底质上的附生生物优势类群，其生活史特征与栖息地类型密切相关，因此被视为可靠的环境状态生物指示剂。然而，对许多北极生物的生活史、生理适应和生态作用的理解仍十分有限。获取关键物种的基础生物学知识，对于未来评估北极生态系统变化至关重要。

海洋底栖无脊椎动物与微生物的关联研究对理解宿主-微生物组关系的生态学和进化具有重要意义。尽管某些关联（如海绵与细菌、珊瑚与虫黄藻）已被广泛研究，但大多数共生关系尚未被探索，包括苔藓动物与原核生物之间的关联。在北极环境中，关于苔藓动物原核生物共生体的研究尤为稀少，仅少数属（如Bugula、Watersipora、Dendrobeania）有过记录。苔藓动物Tricellaria ternata是一种直立生长的苔藓动物，主要分布于挪威海和北极海（包括巴伦支海、喀拉海和白令海），在斯瓦尔巴群岛常见且丰富，具有潜在的生态重要性。因此，研究其微生物组可为北极海洋微生物组提供宝贵见解，并为快速变化的北极生态系统建立宿主相关原核生物群落的基线数据。

本研究旨在表征北极常见苔藓动物Tricellaria ternata（Ellis and Solander, 1786）的原核生物群落，比较其与周围海水和沉积物环境的差异，揭示宿主相关微生物组合、潜在微生境选择，并为未来北极海洋生态评估奠定基础。论文发表在《Estuarine, Coastal and Shelf Science》。

**关键技术与方法**

研究人员于2021年夏季在斯瓦尔巴群岛伊斯峡湾（Isfjorden）10米水深处采集了3个T. ternata群体样本，以及周围海水和沉积物样品（各1个单点环境参考样）。为避免交叉污染，苔藓动物样本在无菌条件下用滤过无菌海水冲洗后解剖。使用Blood&Tissue提取试剂盒从苔藓动物、海水滤膜和沉积物中提取总DNA，每个样品进行技术重复。通过通用引物27F/907R和16S rDNA V3–V4区域特异性引物（341F/805R）进行PCR扩增，使用Illumina MiSeq平台进行高通量测序。原始序列经DADA2进行Amplicon Sequence Variants（ASV）推断，基于Silva v138数据库和RDP贝叶斯分类器进行属级分类，测序深度为20,000 reads。使用Bray-Curtis相似性、聚类分析和非度量多维尺度分析（nMDS）进行统计比较。

**研究结果**

**3.1 原核生物群落的分类组成**

**3.1.1 古菌（Archaea）**
古菌序列相对丰度极低，在苔藓动物样本中低于0.05%。苔藓动物相关古菌群落以“Candidatus Nitrosopumilus”（泉古菌门Crenarchaeota）和Methanobrevibacter（广古菌门Euryarchaeota）为主；海水样本中海洋Group II（Thermoplasmatota）占优；沉积物中Woesearchaeales和Methanofastidiosales相对丰度较高。

**3.1.2 细菌（Bacteria）**
基于16S rRNA基因的分类显示，苔藓动物相关细菌群落以变形菌门（Proteobacteria，43.2–53.1%）为最优势类群，其次为拟杆菌门（Bacteroidota，18.6–20.8%）、疣微菌门（Verrucomicrobiota，10.8–12.5%）、浮霉菌门（Planctomycetota，5.9–8.3%）和放线菌门（Actinobacteriota，5.4–7.9%）。海水样本以变形菌门（54.3%）、拟杆菌门（23.9%）、厚壁菌门（Firmicutes，12.7%）为主；沉积物中变形菌门、拟杆菌门和脱硫杆菌门（Desulfobacterota）比例相似（15–17%），疣微菌门和弯曲菌门（Campylobacterota）各约12%。

在科水平，苔藓动物相关细菌主要由黄杆菌科（Flavobacteriaceae，15.9–18.5%）、红杆菌科（Rhodobacteraceae，10–14.5%）、硫丝菌科（Thiotrichaceae，5.3–10.8%）、根瘤菌科（Rhizobiaceae，2.6–11.4%）和DEV007（5.8–7.3%）组成。沉积物中以Sulfurovaceae（12.9%）、黄杆菌科（11.8%）和Desulfocapsaceae（11.2%）为主。海水样本以黄杆菌科（14.3%）、Nitrincolaceae（11.9%）、Clade I（9.4%）和鞘脂单胞菌科（Sphingomonadaceae，8.0%）为优势。

在属水平，苔藓动物中丰度最高的细菌属包括Blastopirellula（2.4–3.2%）、Cocleimonas（3.0–3.4%）、Ilumatobacter（1.8–3.0%）、Leucothrix（2.1–7.1%）、Methylotenera（1.6–4.0%）、Pibocella（3.8–4.1%）、Pseudahrensia（1.4–9.8%）、Pseudovibrio（0.3–2.5%）和Sva0996 marine group（1.6–2.9%）。其中Methylotenera、Leucothrix、Pibocella和Pseudovibrio在海水和沉积物中未检测到。nMDS分析显示苔藓动物相关原核生物群落与沉积物和海水样本在属水平上显著分离，苔藓动物与沉积物群落形成两个子簇（相似性60%），共同构成一个大簇（相似性40%）。

**讨论与结论**

本研究发现T. ternata相关原核生物群落在科和属水平上与周围海水和沉积物组成截然不同，表明存在结构性宿主相关微生物组合，而非直接反映环境微生物群落。苔藓动物样本中富集了多种细菌类群，但受限于单次采样和有限样本量，这些模式应被解释为优先关联或富集，而非严格宿主特异性。几个检测到的类群（如Leucothrix、Methylotenera、Pseudovibrio、Pibocella）未在环境样本中检测到，但鉴于采样局限性，不能排除其在环境中的低丰度存在。功能注释表明部分类群可能参与甲烷、硫和氮循环，但均为基于分类学归属的推断，未经直接功能验证。

**结论部分翻译：** 本研究通过对来自高北极斯瓦尔巴群岛伊斯峡湾的T. ternata进行首次宿主相关原核生物群落分类组成分析，为北极环境中微生物与海洋无脊椎动物之间关联仍十分匮乏的知识体系做出了贡献。T. ternata的微生物组与周围环境生物小区（海水和沉积物）不同，表明存在结构化的宿主相关微生物组合，而非环境微生物群落的直接反映。与周围海水和沉积物群落相比，多个微生物类群在T. ternata样本中富集。然而，鉴于环境比较基于单次采样事件、有限的海水和沉积物材料以及有限的测序深度，环境样本中未检测到特定类群不应被解释为其在北极生态系统中真正缺失的证据。这些类群应被视为在苔藓动物微生境中可能富集或优先关联，其在周围环境中低丰度存在的可能性不能被排除。本数据集无法识别严格宿主特异性微生物或定义稳定的核心微生物组。需要更多涉及多个标本、地点、季节和增加环境采样强度的进一步研究，以确定这些微生物关联的持久性、特异性和生态相关性。研究人员的观察为未来更深入阐明所分析苔藓动物物种相关原核生物群落的组成和潜在生态作用铺平了道路。分类学归属表明，群落中的某些成员可能具有参与包括甲烷、硫和氮循环在内的生物地球化学过程的潜力；然而，这些功能角色仍属假设，需通过互补方法验证。宿主相关微生物群落的改变可能提供宿主健康状况或疾病过程的指示。在此背景下，本研究阐明了与T. ternata相关的微生物群落的分类结构，并为批判性解释未来与该北极广泛分布物种相关的微生物组分析奠定了基础。未来在不同北极区域和环境条件下的研究对于评估这些关联的时空稳定性以及确定特定微生物模式是否与T. ternata稳定关联至关重要。此外，未来研究应关注可培养微生物部分，以引入特定的生物发现管道。