文章题目：Trophic level drives the host microbiome of soil invertebrates at a continental scale
期刊：Microbiome
影响因子：13.8
发表时间：2021
参考文献：Zhu, D., Delgado-Baquerizo, M., Ding, J. et al. Trophic level drives the host microbiome of soil invertebrates at a continental scale. Microbiome 9, 189 (2021). https://doi.org/10.1186/s40168-021-01144-4
1、研究背景：土壤动物群是地球上生命支持系统的重要组成部分，占据已知动物种类的五分之一以上，并通过调控土壤中的能量流动和物质循环来维持关键的生态过程，如分解、养分循环和气候调节。然而，这些生物面临着全球变化带来的威胁，特别是位于食物网顶端的无脊椎动物正在经历悄然灭绝。这可能导致与这些动物共生的大量微生物物种的丧失。目前，对于土壤无脊椎动物宿主体内微生物组的组成和多样性知之甚少，尤其是在大空间尺度上的研究非常有限。理解这些微生物组的组成及其受营养级影响的程度，对于预测全球变化对土壤生态系统的影响至关重要。
2、研究目的：本研究的主要目的是通过对中国不同生态系统中六类主要土壤无脊椎动物（弹尾虫、线虫、盆虫、蚯蚓、螨虫和捕食性螨虫）的微生物组进行全面分析，具体目标如下（1） 检查每个土壤动物群在不同物种、营养级、采样地点和土地利用模式中的微生物组的组成、多样性和变化;（2） 使用网络分析阐明土壤动物微生物组中微生物暗物质（定义为未识别的微生物分类群）的生态作用（例如，在生态网络中）;（3） 揭示土壤动物微生物组的组装;（4） 通过采用细菌 16S rRNA 基因测序和氮稳定同位素，探索宿主微生物群与土壤食物网中营养水平之间的关系。
3、科学问题：
不同种类、营养级、地理位置及土地利用模式下的土壤无脊椎动物，其微生物组的组成和多样性有何差异？
未识别的微生物群体（微生物暗物质）在土壤无脊椎动物微生物组中扮演什么生态角色？
土壤无脊椎动物体内微生物群落是如何形成的？随机过程和环境选择在其中各起到什么作用？
土壤无脊椎动物的微生物组特征与其在食物网中的营养级位置有何关联？饮食如何影响微生物多样性及其对宿主的影响？
4、实验材料和方法：
研究收集了来自中国不同生态系统的六类主要土壤无脊椎动物样本，包括弹尾虫 7200 只、线虫 18000 只、壶虫 3000 只、蚯蚓 2000 只、蚯蚓 8000 只、捕食性螨 4000 只。采样点覆盖了中国大多数气候区，包括农田和林地，确保了广泛的地理代表性。
样本经过清洗、解剖等预处理步骤后，分离出肠道或其他相关组织，使用标准的DNA提取试剂盒从样本中提取总DNA。对提取的DNA进行16S rRNA基因的PCR扩增，以靶向细菌和古菌的核糖体RNA基因。扩增产物经过纯化后，利用高通量测序技术（如Illumina平台）进行测序。测定样本中氮的稳定同位素比值（δ15N），确定不同土壤无脊椎动物的营养级。应用网络分析方法来揭示微生物暗物质（未识别微生物分类群）在生态网络中的作用。
5、结果与讨论
①不同种类的土壤无脊椎动物携带着各自独特且多样的微生物群落，这些微生物群落与它们周围土壤中的微生物群落存在显著差异，表明土壤动物的微生物组可能受到宿主特异性选择的影响。
②尽管在不同地理位置和不同类型的陆地生态系统中进行采样，但每种土壤动物的微生物组在不同采样点之间显示出一致性，这表明这些微生物组可能对宿主动物具有重要的适应性价值，能够在多变的环境中保持稳定。
③那些依赖土壤水分活动的线虫、蠕虫和蚯蚓，其微生物组的组成更难仅通过环境因素来预测，这可能与它们的生态位和生活习性有关，而跳虫、甲螨和捕食性螨则更多地受到环境因素的影响
④土壤动物微生物群的组装既受到随机过程（如扩散和漂移）的影响，也受到决定性过程（如宿主的选择压力）的影响，这意味着微生物群的组成是多种生态过程共同作用的结果。
⑤在土壤食物网中，随着宿主动物营养级的升高，其微生物组的多样性和独特性也随之增加，这可能与高营养级动物更广泛的食性和更复杂的生态相互作用有关，从而导致其微生物组中包含更多独特和未鉴定的微生物类群。
图1注：（a）和基于细菌 OTU 存在/不存在的未加权 unifrac 距离 （b） 揭示土壤和动物细菌群落的分布。箱线图表示每个土壤动物群与土壤样本 （c 加权 unifrac 和 d 未加权 unifrac） 之间细菌群落的距离
图2注：不同生态过程对土地利用 （a、b）、采样点 （c）、土壤动物群 （d） 和营养级 （e） 的相对重要性
图3注：线性回归揭示了土壤动物营养级 （δ15N 值）和微生物多样性 （a） 和预测的微功能多样性 （b）。通过从不同类型动物 （c） 和不同营养级动物 （d） 的动物微生物组中过滤土壤微生物组中的所有物种，小提琴图显示了不同土壤动物微生物组中独特的细菌分类群。
图4注：每个土壤动物群的中性模型特征。
