今天给大家解读一篇3月发表在《Microorganisms》上的题目为“The Taxonomic Diversity of Prokaryotic Communities from Permafrost Active Layers of the Chilean Andes.”的文章。本研究旨在揭示和比较位于智利安第斯山脉不同气候区（干旱与湿润）的永久冻土活动层中原核生物群落的分类多样性。研究人员在奥霍斯-德尔萨拉多（阿塔卡马沙漠）和托雷斯-德尔潘恩（巴塔哥尼亚）采集了不同深度的活动层样品。通过基于Illumina平台的16S rRNA基因扩增子测序，分析了细菌和古菌的群落组成、多样性及其与环境因素的关系。研究发现，湿润的巴塔哥尼亚样品显示更高的多样性，而干燥的奥霍斯-德尔萨拉多样本以放线菌门为主。环境水分是群落结构差异的主要驱动因素，而采样深度的影响不显著。（请持续关注我们，每天为您解读最新见刊的文献!）想薅生信资料羊毛？直接在对话框回复 “资料”，免费领取干货大礼包！包括数据集、绘图代码、图表复现、思路总结、参考文献……0代码！鼠标点点点即可轻松完成5-10分生信SCI全文复现！
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题目：《智利安第斯山脉永久冻土活动层中原核生物群落的分类多样性》The Taxonomic Diversity of Prokaryotic Communities from Permafrost Active Layers of the Chilean Andes
发表期刊：Microorganisms
影响因子：4.2
研究背景：
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全球约11%的陆地表面受永久冻土影响，其活动层（1-2米）经历冻融循环。全球变暖导致活动层增厚，释放甲烷和二氧化碳，加剧全球变暖。 -
智利拥有极端环境，包括地球上最干旱的阿塔卡马沙漠和巴塔哥尼亚的冰川、冷湖。奥霍斯-德尔萨拉多（海拔5260-5830m）是火星类比研究地点；托雷斯-德尔潘恩（海拔1180m）是过渡性森林草原带，具有温带冷雨气候。 -
永久冻土中的微生物需耐低温、缺水、低营养。细菌多样性通常高于古菌。在某些极端环境中，水分变化会显著影响微生物群落结构，如高海拔季节性融水塘中蓝细菌和放线菌门的丰度随水分变化而改变。 -
研究假设：尽管样品均来自永久冻土活动层，但由于地理纬度和气候条件不同，微生物群落组成会存在差异；此外，采样深度也会影响群落结构。
研究思路：
- 样品采集
于2024年1月（奥霍斯-德尔萨拉多）和3月（托雷斯-德尔潘恩）采集。在奥霍斯-德尔萨拉多的Atacama Camp和Tejos Camp采集10、35、60cm深度的样品；在托雷斯-德尔潘恩的Gardner Pass（山区）和Lake Pehoé shore（对照点）采集10和35cm深度的样品。每个样点每个深度采集2个重复样品。 - 环境DNA提取与测序
使用DNeasy PowerSoil Pro Kit提取总DNA。使用细菌特异性引物和古菌特异性引物扩增16S rRNA基因的V3-V4可变区。在Illumina平台进行测序。 - 数据分析
- 序列处理
使用DADA2流程进行数据降噪和ASV（Amplicon Sequence Variant）鉴定。 - 分类注释
使用Silva数据库138.2版进行细菌和古菌的分类注释。 - 多样性分析
通过稀疏化处理计算α多样性指数（Shannon, Inverse Simpson），使用ANOVA和Tukey HSD检验组间差异。基于Bray-Curtis距离进行NMDS分析和PERMANOVA检验β多样性差异。 - 群落组成分析
生成相对丰度热图（属水平、目水平）、堆叠柱状图（门水平、目水平）。使用MaAsLin2进行差异丰度分析，以Torres del Paine控制样点为参考。
研究亮点：
- 首次对比智利安第斯山脉不同气候区（干、湿）的永久冻土微生物多样
本研究重点考察了此前未被充分探索的安第斯山脉永久冻土区域，揭示了不同气候带下微生物群落的显著差异。 - 强调水分可用性是群落结构的主要驱动因素
研究结果表明，环境条件（特别是水分）对微生物群落结构的影响超越了地理距离，这是理解类似极端环境微生物分布的关键。 - 发现古菌具有功能专一性
尽管古菌多样性较低，但其功能高度特化。研究检测到以氨氧化古菌（Nitrososphaerales、Nitrosotaleales）为主导的类群，暗示在极端环境中硝化作用主要由古菌驱动。
研究结果：
- 整体多样性
细菌的分类多样性高于古菌。在序列数据中，细菌占主导地位，古菌序列读数较少（部分样品少于1000条）。 - 细菌群落
- α多样性
Gardner Pass样品具有最高的细菌α多样性（Shannon: 6.18-6.75, Inverse Simpson: 189-597）。虽然干旱和湿润地区α多样性指数相似，但湿润土壤（巴塔哥尼亚）显示出更高的ASV数量。 - β多样性
NMDS分析显示所有四个采样地点（Control, Gardner Pass, Atacama, Tejos）形成独立分组。PERMANOVA结果显示采样地点（R²=0.3819）和区域（R²=0.1678）与群落组成显著相关（p≤0.001），表明样地特定条件的影响超过地理差异。采样深度的影响不显著（p=0.196）。 - 群落组成
优势菌门为放线菌门（37.84%）、假单胞菌门（14.84%）、酸杆菌门（11.51%）、绿弯菌门（10.23%）、拟杆菌门（10.12%）。 - 环境关联性
奥霍斯-德尔萨拉多（干旱区）的样品由放线菌门主导，尤其是丙酸杆菌目和Solirubrobacterales目。巴塔哥尼亚样品由绿弯菌门和拟杆菌门主导，分别与高水分含量和寡营养条件相关。 - 古菌群落
- α多样性
对照样点（Lake Pehoé shore）的古菌α多样性显著更高。 - β多样性
NMDS分析显示采样地点（R²=0.6388，p≤0.001）和区域（R²=0.3714，p≤0.001）显著影响群落组成。采样深度影响不显著（p=0.28）。 - 群落组成
古菌序列属于泉古菌门，其中Nitrososphaerales（氨氧化古菌）在永久冻土相关样点中富集，而Nitrosotaleales在Gardner Pass最丰富。对照样点的ASV多属于未分类或非正式类群（如Marine Group II）。 - 生态功能推断
群落组成暗示以化能自养代谢策略为主（如氨氧化古菌AOA），在碳限制环境中具有优势。光养或厌氧类群在样品中缺失或极少，可能与样品深度（≥10cm）和活动层的粗质地、强风限制厌氧条件有关。
研究总结：
- 主要发现
智利安第斯山脉不同气候带的永久冻土活动层生活着多样且独特的原核微生物群落。细菌多样性和丰度显著高于古菌。水分可用性是驱动细菌群落结构分化的首要环境因素，其影响大于地理距离。采样深度对微生物多样性和群落结构的影响不显著。 - 细菌群落的结构与功能
干旱区（奥霍斯-德尔萨拉多）以耐旱的放线菌门（如Nocardioides属）为主导，这些微生物通过形成孢子或改变细胞结构适应干旱。湿润区（巴塔哥尼亚）则富含适应高水分、寡营养环境的绿弯菌门和拟杆菌门。这与既往关于水分影响微生物群落的研究一致。 - 古菌的功能专化性
古菌虽多样性低，但功能高度专化。研究发现的氨氧化古菌（AOA）占主导，推测硝化作用主要由古菌驱动，这与其在寡营养环境中的低氨亲和力优势相符。对照样点（湖泊岸边）的古菌多样性更高，但功能类群与永久冻土区不同（多为未分类或非正式类群）。 - 未验证的假设
研究假设采样深度会影响群落结构，但结果不支持该假设，表明垂直变化相对于样地间环境差异（主要是水分）较弱。 - 局限性
研究中古菌的低序列读数部分可能由引物偏好导致，从而低估了某些古菌类群的丰度。此外，尽管测定了土壤化学参数，但未定量测量土壤质地、微生境异质性等，也可能影响结果解释。
结果译文：
本节的相对丰度表、序列读数以及由新一代测序获得的ASV数据详见补充表S1-S3。在所有样品中，微生物群落均以细菌类群为主导，而古菌类群的多样性相对较低。尽管部分样品中古菌的序列读数非常低，但细菌和古菌的稀释曲线均已达到饱和（图S1）。
虽然永久冻土环境通常被认为具有较低的古菌生物量，但部分样品中观察到的古菌序列读数偏低也可能受到引物偏倚的影响。硅基评估已表明，常用引物（A519F，A855R）对某些古菌门的覆盖不完全，这可能导致特定类群在扩增子文库中的代表性不足。因此，本研究中古菌读数偏低的状况可能同时反映了这些微生物在所研究极端环境中的真实低丰度，以及因扩增不完全所致的检测偏差。
1.细菌的α多样性
2.细菌的β多样性
在NMDS分析中（应力值=0.0458），所有四个采样点各自形成独立组别，且来自同一区域的样品彼此邻近（图3）。PERMANOVA结果表明，采样点（Control、Gardner Pass、Atacama或Tejos）和区域（Torres del Paine或Ojos del Salado）均与细菌群落组成的差异存在关联（p≤0.001）。采样点对Bray-Curtis相似性的方差解释比例（R²=0.3819）高于采样区域（R²=0.1678），提示点位的特定条件可能在塑造细菌群落结构中发挥比广泛地理差异更强的作用。该发现与先前的一项研究一致，后者表明局部因子（如土壤含水量）在塑造土壤微生物群落方面可能超越气候或纬度梯度的影响。采样深度未与可检测的细菌群落组成差异存在关联（p=0.196）。
3.细菌类群的相对丰度
4.古菌的多样性
更多结果和补充图表：doi：10.3390/microorganisms14030613
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