论文标题：Meter-scale variation within a single transect demands attention to taxon accumulation curves in riverine microbiome studies（河流微生物研究中单一样带内的米尺度变异需要关注分类单元累积曲线)

期刊：Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者：Bingdi Liu, Lin Zhang, Jason H. Knouft, Fangqiong Ling

发表时间：16 May 2022

DOI：10.1007/s11783-022-1543-6

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https://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-022-1543-6

文章出版：Front. Environ. Sci. Eng. 2022, 16(5): 64

原文信息

题目：

Meter-scale variation within a single transect demands attention to taxon accumulation curves in riverine microbiome studies

作者：

Bingdi Liu^1,#, Lin Zhang^1,#, Jason H. Knouft^2,3, Fangqiong Ling ()¹

作者单位：

1 Washington University in St. Louis, USA

2 Saint Louis University, USA

3 National Great Rivers Research and Education Center, USA

通讯作者邮箱：

[email protected]

关键词：

Microbiome (微生物组);

Freshwater (淡水);

Taxon accumulation curve (分类单元累积曲线);

Community assembly (群落聚集)

文章亮点

• 河流微生物群落在一个样带内表现出超局部变化；

• 某些科级分类群与河流中心和河岸定向相关；

• 样带内的分类单元累积曲线说明需要进行更细致的取样设计。

文章简介

河流微生物群落是一个复杂的水生网络的一部分，微生物可以从土壤和地下水中逸散出来，并通过当地环境和生态间的相互作用进行物种分选。土壤水、地下水、河水和湖泊水等水体中包含相同和独特的微生物种群，然而我们通常假设水体中的微生物群落是充分混合的，并只取一个水样作为该区域的代表样本。在此过程中，河流微生物群落是否存在局部差异，这些差异是否会体现在多样性和分类单元丰度中，并最终影响从实地数据中推断群落组成过程的准确性等关键性问题仍有待解决。

本文通过在一个样带内对从河岸到河流中心的微生物群落进行密集的采样和分析，在揭示河流微生物多样性和组成的空间差异和确定驱动样带内变异的关键微生物类群外，同时根据近年来对河流群落聚集过程的研究，讨论样带内微生物群落差异对估计微生物多样性的取样策略的影响，以及从现场数据中研究群落组成规律和过程时考虑分类单元采样工作的重要性。研究主要得到以下几点结论：

（1）近岸和近中心的微生物群落存在显著差异，并且样带内群落组成的变化很大程度上可以用人口统计学的随机性来解释。

（2）构建了门、科和属水平上的分类单元累积曲线来研究样带内的超局部差异对记录α多样性的影响，结果表明超局部变异对分类单元多样性的取样有深远的影响，每个地点使用一个样本的普遍方法可能严重低估了河流微生物组成的局部多样性。

（3）首次揭示了河流微生物群落及其组成机制的超局部差异，表明在研究河流系统微生物多样性时需要采取更加全面和仔细的采样策略，以助于从同一样本中发现河流微生物群落的遗传多样性，并将菌株多样性纳入河流系统群落组成过程的研究之中。

文章摘要图

编委点评

河流生态系统中的微生物群落在全球生物地球化学循环和污染衰减中起着至关重要的作用，深入了解河流系统中的微生物多样性、分布和功能是有重要意义的。而河流中的微生物群落是多样化的、动态的和空间异质性的，传统的采样方法中只取一个点的水样可能无法全面地代表该区域的微生物多样性，本文研究河岸到河中心一个样带内微生物群落的超局部差异及其对生物多样性研究的影响，为深入了解河流微生物群落组成和多样性的采样策略提供了重要参考。

编者 | 陈奕童

点评 | 程荣

致 谢

程荣，中国人民大学副教授，FESE青年编委。研究方向为环境公共卫生、水污染控制、环境功能材料，主持国家自然科学基金等项目，在Water Res., J. Hazard. Mater.等杂志发表SCI论文50余篇。个人主页：https://envi.ruc.edu.cn/index/index/teacher_detail/id/24/cid/29.html

陈奕童，男，24岁，中国人民大学环境学院2020级环境科学专业硕士生，导师为郑祥教授，研究方向为水体微生物污染控制。

摘要

Microbial communities inhabiting river ecosystems play crucial roles in global biogeochemical cycling and pollution attenuation. Spatial variations in local microbial assemblages are important for detailed understanding of community assembly and developing robust biodiversity sampling strategies. Here, we intensely analyzed twenty water samples collected from a one-meter spaced transect from the near-shore to the near-center in the Meramec River in eastern Missouri, USA and examined the microbial community composition with 16S rRNA gene amplicon sequencing. Riverine microbiomes across the transect exhibited extremely high similarity, with Pearson’s correlation coefficients above 0.9 for all pairwise community composition comparisons. However, despite the high similarity, PERMANOVA revealed significant spatial differences between near-shore and near-center communities (p = 0.001). Sloan’s neutral model simulations revealed that within-transect community composition variation was largely explained by demographic stochasticity (R2 = 0.89). Despite being primarily explained by neutral processes, LefSe analyses also revealed taxa from ten families of which relative abundances differed directionally from the bank to the river center, indicating an additional role of environmental filtering. Notably, the local variations within a river transect can have profound impacts on the documentation of alpha diversity. Taxon-accumulation curves indicated that even twenty samples did not fully saturate the sampling effort at the genus level, yet four, six and seven samples were able to capture 80% of the phylum-level, family-level, and genus-level diversity, respectively. This study for the first time reveals hyperlocal variations in riverine microbiomes and their assembly mechanisms, demanding attention to more robust sampling strategies for documenting microbial diversity in riverine systems.

期刊简介

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