pmoA+16S测序+qPCR，揭秘溶洞甲烷氧化菌的分布发表论文

发表论文，研究了甲烷氧化细菌与细菌总群落在溶洞中的组成与分布，并通过QIIME 2分析和模块化关联网络的构建，揭示了微生物与环境因子、以及微生物与微生物之间的互作关系，对甲烷氧化菌的多样性和组成丰度、以及地下溶洞中的细菌群落和微生物相互作用有了新的认识！
一、研究背景
溶洞是具有稳定的温度、高湿度、寡营养以及一定地理隔离的极端环境之一。溶洞中甲烷的浓度始终低于大气水平，是大气甲烷潜在的汇集库。这种现象的产生，目前被认为主要与甲烷氧化细菌（MOB）的消耗有关。大气甲烷氧化细菌（atmMOB）对甲烷具有较高的亲和力，并且在系统发育上与USCγ和USCα相关联。甲烷浓度梯度作为微生物甲烷氧化的直接底物存在于许多洞穴中。然而，广阔栖息地atmMOB的群落组成以及甲烷浓度如何影响地下洞穴中的atmMOB群落仍然是一个谜。为了解决这一系列问题，本研究采集了桂林市三个溶洞风化岩样对其进行深入探究。
二、研究方法
实验对象：
风化岩石样本（W）和风化地壳样本（C）
测序方法：
Illumina MiSeq平台， pmoA功能基因+16S rRNA基因V3V4区
实验设计：
从中国西南部广西省桂林市的三个不同洞穴（盘龙洞：PLD、罗汉渡洞：LHD、新村屯洞：XCT）的中部（1）和末端（2）对风化地壳和岩壁下的风化岩石进行取样。每个地点采集3个地壳和风化岩样本；同时收集各洞穴中空气样本并测定温度。通过对样本进行pmoA和16S rRNA基因高通量测序，解析甲烷氧化菌和总体细菌的群落结构（通过QIIME 2分析；pmoA功能基因翻译成氨基酸进行物种注释）；并结合样本理化性质和甲烷浓度的测定结果，探寻细菌群落结构和理化因子的关联变化模式；最后通过模块化的关联网络分析，对群落微生物成员之间的互作关系进行研究。

文章图片

文章图片
三、研究结果
01、风化岩石和地壳样品的理化性质
理化检测结果显示，样本类型和样本距洞穴入口的距离存在一定的相关性。在PLD和XCT中， pH和Cl-、K+、Na+浓度随样品类型而变化，而在LHD中，这些理化指标随取样位置而变化。PLD的Ca/Si和Mg/Si比值等风化指标随距离洞口的距离而有显著差异。LHD和XCT的风化指数与生态位有关。而甲烷浓度和空气温度，在三个洞穴中显示出相似的空间变化模式。同时，利用针对pmoA基因的群体特异性引物对USCα和USCγ进行绝对定量分析，结果显示USCγ丰度高于USCα 。

文章图片

文章图片
02、溶洞中甲烷氧化菌和总体细菌群落的多样性水平
微生物群落的多样性组成谱测序分析表明， pmoA基因和16S rRNA基因分别聚类得到891个OTUs和29705个ASVs 。Alpha多样性分析显示，不同洞穴中atmMOB和总体细菌的多样性指数存在显著差异（P

文章图片

文章图片
【pmoA+16S测序+qPCR，揭秘溶洞甲烷氧化菌的分布】03、微生物群落结构及其与环境参数的相关性
物种组成分析发现，除P1C样品外，所有洞穴的atmMOB群落均以USCγ为主（>60%），其次为USCα和Deep-sea 2 。在门水平上，所有样品的细菌群落以放线菌纲和变形菌纲为主。XCT样品中的细菌群落聚类较好，而PLD和LHD样品中的细菌群落则根据采样地点而聚类。在大部分风化岩样中， Actinomycetales、Chromatiales和Acidimicrobiales是最丰富的目，而P2W则以Bdellovibrionales为主。