《Journal of Eukaryotic Microbiology》:Non-Fungi Diversity Present in Soil and Snow Impacted by Anthropogenic Activity in King George Island, Maritime Antarctica Using Metabarcoding Approach
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南极半岛呈现出快速升温的趋势,增加了非本地物种(如入侵性的早熟禾Poa annua)定殖的风险。由于传统形态学调查存在不足,土壤和雪中很大程度上未知的微观繁殖体的“隐存多样性”构成重大威胁。因此,研究人员采用环境DNA(eDNA)宏条形码方法,以实现更广泛、更
南极半岛呈现出快速升温的趋势,增加了非本地物种(如入侵性的早熟禾Poa annua)定殖的风险。由于传统形态学调查存在不足,土壤和雪中很大程度上未知的微观繁殖体的“隐存多样性”构成重大威胁。因此,研究人员采用环境DNA(eDNA)宏条形码方法,以实现更广泛、更准确的评估。研究人员调查了乔治王岛马特尔湾(Martel Inlet)土壤(3个位点)和新降雪(5个位点)中的非真菌eDNA多样性,并根据与人类活动的接近程度对位点进行分类。提取DNA后,以内转录间隔区2(ITS2)作为DNA条形码。使用Illumina MiSeq V3平台进行测序。序列被分类为72个扩增子序列变异(ASVs),代表4个界和10个门,其中18%此前未在南极记录。土壤比雪拥有更丰富的群落(平均每样本30个ASVs比16.2个ASVs);然而,样本类型之间的丰度或多样性无统计学显著差异。数据未揭示采样区域之间的差异,也未提示人类活动对任何采样群落的影响。这项工作强调了eDNA宏条形码在评估隐存生物多样性中的价值。
全球变暖导致南极半岛地区温度快速上升,冰雪融化,预计将增加无冰区面积,创造新的陆地生境和液态水,从而有利于生物定殖。乔治王岛位于南设得兰群岛,是南极人类活动最集中的区域,拥有多国科研设施和频繁的旅游访问,成为非本地物种入侵的高风险区。然而,传统的形态学调查无法检测土壤和雪中微小且处于休眠状态的繁殖体,这些“隐存多样性”可能构成潜在威胁。因此,研究人员利用环境DNA(eDNA)宏条形码技术,对乔治王岛马特尔湾的土壤和雪样本进行了非真菌真核生物多样性调查,以评估人为活动对群落组成的影响。该研究发表于《Journal of Eukaryotic Microbiology》。
**关键技术方法**:研究人员于2020/2021年夏季在乔治王岛马特尔湾采集土壤样本(来自Plaza Point、Ullmann Point、Nunatak Needle 3个位点,共9个样本)和新降雪样本(来自Dog House、Ullmann Point、North Lake、Wanda、Meteoro 5个位点,共9个样本),并根据人类活动影响程度分为强影响(+)和弱影响(-)。提取eDNA后,扩增核糖体DNA内转录间隔区2(ITS2),使用Illumina MiSeq V3平台测序。生物信息学分析采用QIIME2和DADA2流程生成扩增子序列变异(ASVs),依次与PLANiTS2、UNITE和NCBI nt数据库比对,通过MEGAN6的最近公共祖先算法注释。统计方法包括NMDS、PERMANOVA及多样性指数计算。
**研究结果**:
**序列分类与ASV组成**:共获得1,625,695条ITS2读段,质量过滤后保留1,277,968条(78%),稀疏曲线达到饱和。剔除真菌序列后,777,526条(61%)序列被分类为72个ASVs,代表动物界、色藻界、绿色植物界和原生动物界4个界,以及节肢动物门、丝足虫门、绿藻门、脊索动物门、纤毛虫门、刺胞动物门、软体动物门、透色动物门、多孔动物门和链形植物门10个门。其中18个ASV注释到种水平,13个(18%)为南极新记录,未知序列占2.6%。
**不同基质和位点的ASV分布**:土壤与雪共享23个ASVs,土壤共有70个ASVs,其中47个仅见于土壤;雪共有25个ASVs,仅2个为特有。尽管雪样本产生了62%的读段,但ASV数量较少,表明雪中群落由少数优势类群主导。不同土壤位点中,Plaza Point拥有32个特有ASVs;雪位点间共享较多,Wanda拥有4个特有ASVs。
**主要生物类群与注释**:绿色植物界(Viridiplantae)最丰富,占总读段的91%,其中未知绿藻占20%。最丰富的注释分类单元为Sanguina nivaloides,存在于所有样本;其次为未鉴定绿藻和衣藻属(Chlamydomonas)。绿藻纲(Chlorophyceae)贡献了大多数序列。链形植物门(Streptophyta)仅占0.03%,包括真藓属(Sanionia)和丛藓科(Pottiaceae)。色藻界(Chromista)为第二丰富界,主要代表为纤毛虫门(Ciliophora),其中寡膜纲(Oligohymenophorea)最丰富。
**多样性与人为影响分析**:多样性指数显示,Plaza Point土壤具有最高的Simpson指数,而Nunatak Needle土壤最低(仅4个ASV);雪样本中Wanda多样性最低。然而,土壤和雪样本间的丰度和多样性无显著差异(t检验p>0.05)。NMDS和PERMANOVA分析均未显示人类活动影响与群落组成存在显著关联。
**总结讨论**:研究人员指出,土壤中较高的ASV丰富度可能与季节性融雪将微生物输入土壤有关,共享的核心群落主要由绿藻及其原生生物消费者构成。部分新记录类群如某些绿藻和纤毛虫可能具有自然的双极分布或为隐秘原生种,而非人为引入。在Plaza Point检测到的蚂蚁ASV可能来自偶然污染,提示需加强生物安全监测。虽然检测到一些动物序列,但均为短暂痕迹,未构成定殖群体。
**研究结论**:本研究表明,eDNA宏条形码能够有效评估南极土壤