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eDNA层面如何开展多营养级分析？
相信您期待已久，那么接下来小编来分享一篇eDNA层面的多营养级文章~近期，北京大学生态研究中心姚蒙课题组在《iScience》期刊上发表“Successive accumulation of biotic assemblages at a fine spatial scale along glacier-fed waters”研究论文中，通过eDNA宏条码研究了青藏高原冰川融水系统中原核生物、藻类到无脊椎和脊椎动物类群的多样性分布和群落结构，从多营养级层面联合分析，揭示了青藏高原冰川融水系统中生物群落在极小空间尺度内的迅速复杂化和演替。![]()
期刊：iScience
影响因子：5.8
发表时间：2024.04
样本类型：水体滤膜
- Doi:10.1016/j.isci.2024.109476
冰川储存着全球约75%的淡水资源，在调节区域水文和气候方面发挥关键作用，冰川流域多种类型的水体栖息地中不同生物类群的空间分布和组成变化尚不清楚。本研究利用eDNA多营养级扩增子分析了青藏高原冰川融水系统中从原核生物、藻类到无脊椎和脊椎动物类群的多样性分布和群落结构，首次揭示了冰川水系中生物群落在极小空间尺度内的迅速复杂化和演替，显示了高原水生生态系统丰富的生物多样性和独特的群落动态。
eDNA研究了冰川水域沿线的多营养级生物多样性，说明了生物群落在短距离内具有空间演替性。另外，不同的因素驱动着不同生物类群的聚集。研究以青藏高原东南部的雅鲁藏布江支流帕隆藏布源头区域，以帕隆4号基准冰川（典型山谷冰川）及其下游的然乌湖（藏东南外流湖区的第二大湖泊）为研究地点，从冰川前缘沿融水溪流至湖泊沿岸进行水体采样，冰川前5个（Proglacier，PL01-PL05）和湖泊11个（Lake，RW01-RW11），对多营养层级物种（蓝细菌、硅藻、无脊椎动物、脊椎动物）进行eDNA测序和联合分析，探究了不同物种形态及生活史特征、环境适应性和营养级功能的四大生物类群的多样性组成和分布。![]()
图 研究思路
通过对四类生物进行eDNA测序，并进行联合分析，结果共得到642个OTUs，其中125个蓝藻OTUs，316个硅藻OTUs，183个无脊椎动物OTUs和18个脊椎动物OTUs。物种组成分析表明，在所有采样点均检测到蓝藻，硅藻除冰川前缘（PL01和PL02）之外的全部溪流及湖泊位点（PL03-PL05）中检出，无脊椎动物仅在冰川前缘和最后一个溪流位点及湖泊位点中检出。蓝藻、硅藻、无脊椎动物、脊椎动物的优势物种依次是蓝藻科（Cyanobiaceae）、脆杆藻科（Fragilariaceae）、鳞翅目（Lepidoptera）以及鲤科（Cyprinidae）（图1-2）。所有生物群的α多样性随着采集地点从冰川前缘到下湖的发展而显著增加。此外，基于硅藻物种的水体营养指数（IDP）显示，水的富营养化程度也呈与流动方向相似的上升趋势。硅藻的低IDPs表明水质较好，营养水平较低，但湖泊样品的IDP值较高，特别是低湖泊样品（RW08-RW11），表明水质较差，营养水平较差（图1）。
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图1 在冰前和湖泊位点发现的不同生物类群的OTU丰富度
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图2 冰川前缘和湖泊不同位点四个生物类群的相对丰度
对蓝藻、硅藻和无脊椎动物的非度量多维尺度（NMDS）分析显示聚类模式一致，其中来自冰川前和湖泊地点的组合明显分离（图3）。进一步研究了群落更替的主要驱动因素。结果表明，对于蓝藻，Cyanobium_PCC-6307解释了冰川前和湖泊群落组成的主要差异。在无脊椎动物中，Lepidoptera_OTU2、Insecta_OTU47和Chironomidae_OTU8是造成冰前和湖泊组合差异的主要OTUs（图4）。
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图3 在不同生境中检测到的4个生物类群的β多样性差异
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图4 基于在4个生物类群中检测到的642个OTUs的系统发育树
在所有生物类群中，周转（turnover）成分主要解释了不同位点间整体的β多样性。进一步分析不同生物类群组成与环境变量之间的相关性，经度、纬度和NH4+ -N是影响蓝藻群落组成的主要环境因素；无脊椎动物组合与经度、纬度、DOC、DON、NH4+ -N和TP显著相关（图5）。
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图5 四个生物类群与环境因素之间的相关性热图
利用iCAMP方法对不同生物群落的群落组装机制进行评估，发现对蓝藻而言，冰川前缘的群落聚集主要受漂变（Drift）影响，其次是同质选择；对于湖泊的硅藻，群落聚集主要由漂变驱动影响。在湖边聚集的无脊椎动物群落主要受同质选择影响（图6）。
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图6 冰川前缘与湖泊中蓝藻、硅藻和无脊椎动物中不同群落组装过程的相对重要性研究表明，随着与冰川末端距离的增加，蓝藻、硅藻、无脊椎动物和脊椎动物的连续出现以及类群数量增加，群落的复杂性也不断增加。研究结果揭示了生物群落从简单到复杂的空间演替，并为不同类群的环境耐受性和需求提供了信息，有助于预测冰川生态系统过程、稳定性和功能的未来趋势。总之，通过多物种eDNA以及多营养级联合分析对高寒高海拔水体中多类群生物群落的组成特征和构建过程提供了新的研究思路，系统探究了不同营养级生物如何在严酷的极端环境中被筛选并构成群落以及群落组成受到随生物和非生物条件影响而产生的复杂空间演化。冰川补给水系统的高度异质的群落组成突出了冰川影响下生态系统的复杂性和动态性，未来更为全面细致的研究将有助于预测环境变化下冰川生态系统过程、稳定性和功能的趋势。
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微生物是自然界生物地球化学循环的主要驱动力。凌恩生物推出多营养级扩增子（如细菌、真菌、原生生物）数据联合分析策略，解决了扩增子研究单一物种限制，从而全方位展现微生态群落原貌，剖析多营养级物种多样性，破解多营养级生物网络关系，解析微食物链/食物网生态构建机制。可满足广大科研工作者关于生态方面的研究，助力客户再发高分文章。Lu Q, et al. Successive accumulation of biotic assemblages at a fine spatial scale along glacier-fed waters. iScience. 2024;27 (4):109476.
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