《Science Advances》表面到深海沉积物的真核生物多样性模式

研究背景

深海沉积物（DOS）生态系统覆盖了地球表面的一半以上，并且仍然是地球上探索最少的生态系统之一。人们对在数量上主导 DOS 群落的微生物和小型底栖生物体给予的关注较少但很难使用经典的形态分类学方法进行识别。

高通量环境基因组学的发展开始填补这些知识空白，揭示了来自 DOS 的病毒和原核生物之间大量未知的多样性。然而，使用基因组学来探索 DOS 真核生物受到限制，并且主要集中在特定的分类群或地理区域。解释 DOS 分子数据的一个主要挑战是区分属于本土底栖真核生物的 DNA 读数和源自沉入水体并在沉积物中留下 DNA 痕迹的中上层生物的 DNA 读数。

研究进展

作者将全球规模的深海表层沉积物真核生物多样性 DNA 元条形码数据集（2010 年至 2016 年 15 次海洋学航行期间收集的 418 个样本）与来自全球海洋的藻华区（138来自138 个样本来自塔拉海洋考察队和马拉斯皮纳考察队样品）和极光带（塔拉海洋探险队的 1160 个样本）进行比较。这些样品代表了第一个一致的分子元数据集，涵盖全球范围内 447 个采样点的三个主要公海领域（远洋透光区、远洋无光区、DOS）。作者组装了约 24.2 亿个 DNA 读数，这些读数是通过PCR扩增 18S rRNA 基因的 V9 区域而产生的，并使用 DADA2 工作流程对其进行处理以推断扩增子序列变体 (ASV)。基于使用 SILVA 和 PR2序列数据库对 ASV 进行分类注释以及真核生物中高度保守的 DNA 序列基序的出现，文章放弃了原核、质体和线粒体 ASV 以及技术工件，使结果能够专注于关于真核生物多样性。

研究结果

基于在世界海洋中收集的 1685 个样本，作者表明真核生物组合的分类组成在中上层透光、中上层无光和DOS领域明显不同。DOS 多样性至少是中上层区域的三倍，其中近三分之二是丰富但未知的真核生物。底栖ASV的总体丰富度往往随着纬度的增加而降低。随着来自地表的颗粒有机碳 (POC) 输出通量的增加，特别是到达海底的 POC 的增加，底栖生物丰富度呈现钟形趋势。这种模式在不同的底栖类群中并不一致，线虫、有孔虫和软体动物在高纬度和到达海底的 POC 通量较高的地点明显更加多样化。该项研究首次给予DNA观察真核浮游生物多样性在全球范围内达到 DOS 的定性和半定量重要性，从而推动了大气碳向海底的生物转移。研究还表明DOS 积累了整个水体中存在的生物体的 DNA。海底DOS的 DNA 特征可以预测地表 POC 输出的变化，并揭示以前被忽视的可能驱动生物碳泵的分类单元。

图形结果