細(xì)菌+真菌多營養(yǎng)級已經(jīng)非常常見，那么

eDNA層面如何開展多營養(yǎng)級分析？

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北京大學(xué)生態(tài)研究中心姚蒙課題組在《iScience》期刊上發(fā)表“Successive accumulation of biotic assemblages at a fine spatial scale along glacier-fed waters”研究論文中，通過eDNA宏條碼研究了青藏高原冰川融水系統(tǒng)中原核生物、藻類到無脊椎和脊椎動物類群的多樣性分布和群落結(jié)構(gòu)，從多營養(yǎng)級層面聯(lián)合分析，揭示了青藏高原冰川融水系統(tǒng)中生物群落在極小空間尺度內(nèi)的迅速復(fù)雜化和演替。

• 期刊：iScience

• 影響因子：5.8

• 發(fā)表時間：2024.04

• 樣本類型：水體濾膜

• Doi:10.1016/j.isci.2024.109476

研究背景

冰川儲存著全球約75%的淡水資源，在調(diào)節(jié)區(qū)域水文和氣候方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，冰川流域多種類型的水體棲息地中不同生物類群的空間分布和組成變化尚不清楚。本研究利用eDNA多營養(yǎng)級擴(kuò)增子分析了青藏高原冰川融水系統(tǒng)中從原核生物、藻類到無脊椎和脊椎動物類群的多樣性分布和群落結(jié)構(gòu)，首次揭示了冰川水系中生物群落在極小空間尺度內(nèi)的迅速復(fù)雜化和演替，顯示了高原水生生態(tài)系統(tǒng)豐富的生物多樣性和獨(dú)特的群落動態(tài)。

研究亮點(diǎn)

eDNA研究了冰川水域沿線的多營養(yǎng)級生物多樣性，說明了生物群落在短距離內(nèi)具有空間演替性。另外，不同的因素驅(qū)動著不同生物類群的聚集。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計

研究以青藏高原東南部的雅魯藏布江支流帕隆藏布源頭區(qū)域，以帕隆4號基準(zhǔn)冰川（典型山谷冰川）及其下游的然烏湖（藏東南外流湖區(qū)的第二大湖泊）為研究地點(diǎn)，從冰川前緣沿融水溪流至湖泊沿岸進(jìn)行水體采樣，冰川前5個（Proglacier，PL01-PL05）和湖泊11個（Lake，RW01-RW11），對多營養(yǎng)層級物種（藍(lán)細(xì)菌、硅藻、無脊椎動物、脊椎動物）進(jìn)行eDNA測序和聯(lián)合分析，探究了不同物種形態(tài)及生活史特征、環(huán)境適應(yīng)性和營養(yǎng)級功能的四大生物類群的多樣性組成和分布。

研究結(jié)果

01 冰前和湖泊中各類生物的群落α多樣性和物種組成

通過對四類生物進(jìn)行eDNA測序，并進(jìn)行聯(lián)合分析，結(jié)果共得到642個OTUs，其中125個藍(lán)藻OTUs，316個硅藻OTUs，183個無脊椎動物OTUs和18個脊椎動物OTUs。

物種組成分析表明，在所有采樣點(diǎn)均檢測到藍(lán)藻，硅藻除冰川前緣（PL01和PL02）之外的全部溪流及湖泊位點(diǎn)（PL03-PL05）中檢出，無脊椎動物僅在冰川前緣和最后一個溪流位點(diǎn)及湖泊位點(diǎn)中檢出。藍(lán)藻、硅藻、無脊椎動物、脊椎動物的優(yōu)勢物種依次是藍(lán)藻科（Cyanobiaceae）、脆桿藻科（Fragilariaceae）、鱗翅目（Lepidoptera）以及鯉科（Cyprinidae）（圖1-2）。

所有生物群的α多樣性隨著采集地點(diǎn)從冰川前緣到下湖的發(fā)展而顯著增加。此外，基于硅藻物種的水體營養(yǎng)指數(shù)（IDP）顯示，水的富營養(yǎng)化程度也呈與流動方向相似的上升趨勢。硅藻的低IDPs表明水質(zhì)較好，營養(yǎng)水平較低，但湖泊樣品的IDP值較高，特別是低湖泊樣品（RW08-RW11），表明水質(zhì)較差，營養(yǎng)水平較差（圖1）。

02 冰川前和湖泊群落的差異

對藍(lán)藻、硅藻和無脊椎動物的非度量多維尺度（NMDS）分析顯示聚類模式一致，其中來自冰川前和湖泊地點(diǎn)的組合明顯分離（圖3）。

進(jìn)一步研究了群落更替的主要驅(qū)動因素。結(jié)果表明，對于藍(lán)藻，Cyanobium_PCC-6307解釋了冰川前和湖泊群落組成的主要差異。在無脊椎動物中，Lepidoptera_OTU2、Insecta_OTU47和Chironomidae_OTU8是造成冰前和湖泊組合差異的主要OTUs（圖4）。

03 群落空間變化及相關(guān)環(huán)境因素

在所有生物類群中，周轉(zhuǎn)（turnover）成分主要解釋了不同位點(diǎn)間整體的β多樣性。進(jìn)一步分析不同生物類群組成與環(huán)境變量之間的相關(guān)性，經(jīng)度、緯度和NH??-N是影響藍(lán)藻群落組成的主要環(huán)境因素；無脊椎動物組合與經(jīng)度、緯度、DOC、DON、NH??-N和TP顯著相關(guān)（圖5）。

04 不同群體的生態(tài)裝配過程

利用iCAMP方法對不同生物群落的群落組裝機(jī)制進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)對藍(lán)藻而言，冰川前緣的群落聚集主要受漂變（Drift）影響，其次是同質(zhì)選擇；對于湖泊的硅藻，群落聚集主要由漂變驅(qū)動影響。在湖邊聚集的無脊椎動物群落主要受同質(zhì)選擇影響（圖6）。

研究結(jié)論

研究表明，隨著與冰川末端距離的增加，藍(lán)藻、硅藻、無脊椎動物和脊椎動物的連續(xù)出現(xiàn)以及類群數(shù)量增加，群落的復(fù)雜性也不斷增加。研究結(jié)果揭示了生物群落從簡單到復(fù)雜的空間演替，并為不同類群的環(huán)境耐受性和需求提供了信息，有助于預(yù)測冰川生態(tài)系統(tǒng)過程、穩(wěn)定性和功能的未來趨勢。

總之，通過多物種eDNA以及多營養(yǎng)級聯(lián)合分析對高寒高海拔水體中多類群生物群落的組成特征和構(gòu)建過程提供了新的研究思路，系統(tǒng)探究了不同營養(yǎng)級生物如何在嚴(yán)酷的極端環(huán)境中被篩選并構(gòu)成群落以及群落組成受到隨生物和非生物條件影響而產(chǎn)生的復(fù)雜空間演化。冰川補(bǔ)給水系統(tǒng)的高度異質(zhì)的群落組成突出了冰川影響下生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性和動態(tài)性，未來更為全面細(xì)致的研究將有助于預(yù)測環(huán)境變化下冰川生態(tài)系統(tǒng)過程、穩(wěn)定性和功能的趨勢。

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參考文獻(xiàn)

Lu Q, et al. Successive accumulation of biotic assemblages at a fine spatial scale along glacier-fed waters. iScience. 2024;27 (4):109476.