宏条形码揭示阿森松岛人工云雾林与火山荒漠土壤真菌多样性变化

《Fungal Ecology》：Metabarcoding reveals soil fungal diversity shifts in the artificial cloud forest and volcanic desert of Ascension Island

　　

阿森松岛是一个偏远的海洋岛屿，在人类殖民之前曾是火山荒漠。19世纪，一个军事驻军为了改善稀缺的水资源，建立了一片人工云雾林。研究人员利用表层土壤环境DNA的内转录间隔区（ITS）宏条形码技术，比较了荒漠与绿山云雾林的真菌群落。森林土壤的总氮和总碳含量较高，pH值低于荒漠土壤。森林土壤的真菌丰富度较高，排序分析揭示了每个栖息地中不同的真菌群落。两个栖息地都含有高比例的未分类真菌操作分类单元（OTU），表明存在本地/特有真菌区系，并且从荒漠中的子囊菌门（Ascomycota）转变为森林中的子囊菌-担子菌门（Asco-Basidiomycota）。指示物种分析揭示了栖息地和植被特有的真菌类群，以及森林中存在的世界广布真菌和荒漠土壤中的未知真菌，表明植树造林导致了真菌群落的重塑。

阿森松岛（Ascension Island）是位于大西洋中脊附近、全球最偏远的海洋岛屿之一，在人类殖民之前为火山荒漠地貌。19世纪，军事驻军为改善水资源，在绿山（Green Mountain）引种大量外来植物，逐步形成了人工云雾林。土壤真菌作为土壤生态系统的关键组成部分，参与有机质分解、养分循环和植物健康维持，在岛屿脆弱的特有生态系统中具有重要作用。然而，人为造林可能通过改变土壤理化性质及引入外来真菌，重塑本地土壤真菌群落，并对潜在的特有真菌构成威胁。目前，关于阿森松岛不同栖息地土壤真菌多样性及其功能的研究十分有限。为此，研究人员利用ITS宏条形码技术比较了荒漠与人工云雾林表层土壤的真菌群落，旨在评估造林对土壤真菌多样性、组成和功能类群的影响，为岛屿生物多样性保护提供科学依据。该研究发表于《Fungal Ecology》。

研究人员于2017年1月从阿森松岛10个荒漠样点和10个森林样点采集表层土壤，提取环境DNA，扩增真菌核糖体DNA的内转录间隔区2（ITS2）区域，在Illumina MiSeq平台进行2×300双端测序。利用vsearch以97%相似度聚类为操作分类单元（OTU），基于UNITE数据库进行物种注释；采用R软件计算α多样性（观测丰富度S_obs、Chao1估计丰富度S_chao、Shannon-Wiener指数H′和Simpson指数D），基于Bray-Curtis距离进行非度量多维尺度分析（NMDS）、主成分分析（PCA）及置换多元方差分析（PERMANOVA）；使用indicspecies包进行指示物种分析；通过FUNGuild注释功能类群。同时测定土壤总碳、总氮、pH等理化参数。样本来自荒漠和森林两种生境，覆盖不同海拔和植被类型。

研究结果如下：

3.1 理化性质分析
土壤理化测定显示，森林土壤的总碳（9.98%±6.94%）和总氮（0.72%±0.41%）显著高于荒漠（0.92%±0.67%和0.09%±0.07%），碳氮比（C:N）也显著升高；森林土壤的pH（CaCl₂）显著低于荒漠。表明造林增加了土壤有机质积累和养分含量。

3.2 真菌群落测序数据
测序共获得1,514,622条原始序列，质控后得到1,443,173条reads，聚类为2350个OTU；剔除低读数组后，38个样本共有573,866条高质量reads和1569个OTU。其中仅62.9%的OTU分类到门水平，29.9%到属水平，16.8%到种水平，表明大量分类学新颖类群的存在。荒漠和森林分别有469和660个独有OTU，共有440个OTU占总reads的95.6%。

3.3 土壤真菌群落多样性
α多样性分析显示，森林的观测丰富度（S_obs

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