PacBio三代全长扩增子测序对珊瑚共生虫黄藻和细菌群落进行精确分类

news2024/11/18 9:33:47

研究背景

珊瑚与其共生微生物群落统称为珊瑚共生功能体，包含了光合甲藻以及与其保持长期互利共生关系的细菌、古菌、真菌、原生动物以及病毒等一系列微生物。这些与珊瑚相关的微生物在其宿主的适应性和生存中起着重要的作用。本研究利用PacBio全长16S rRNA和ITS测序,调查常见印度-太平洋珊瑚样本之间的共生微生物，首次完整的调查了泰国湾相关的藻类和细菌群落的结构及多样性。

样品采

在泰国湾三个调查地点采集了5种珊瑚样本。每个地点收集5-9个个体小片段，放置在盛满无菌海水的15ml一次性管中，采样点间隔至少7m。

主要结果

1.珊瑚相关共生虫黄藻的多样性和组成

根据全长ITS测序结果，观察到两种不同的珊瑚-藻类关系模式：Porites lutea珊瑚主要与虫黄藻的Cladocopium系群共生，另外四种珊瑚与Durusdinium系群共生，表明宿主物种是影响共生藻类结构和组成的潜在影响因素。Simpson和Shannon多样性指数在不同珊瑚物种之间存在显著差异。基于Bray-Curtis的NMDS分析显示了P. lutea相关的共生虫黄藻群落与其他珊瑚共生群落之间存在显著差异(pvalue=0.001)。

2.珊瑚相关共生细菌多样性和组成

根据全长16S rRNA测序结果，变形菌门在所有样本中最占优势（74.9%），其次是拟杆菌门、蓝藻门和厚壁菌门，平均相对丰度分别为10.3%、4.3%和3.1%。两两比较表明，每种珊瑚相关共生细菌群落的组成彼此之间存在显著差异。Pocillopora spp.的共生细菌以α变形杆菌为主，而Pavona frondifera和P. lutea主要与γ-变形菌相关。

3.珊瑚核心微生物群

尽管不同种类宿主相关的微生物群落会有变化，但许多珊瑚会有共有的核心细菌物种（核心微生物组的定义为至少50%的所有样本中存在的细菌物种）。随着16S rRNA全长序列信息的获得，研究人员可以在物种水平上对核心微生物组成员进行分类。核心微生物相对丰度在不同的珊瑚物种之间有很大的差异，且在135种核心微生物群细菌中，只有4种在整个群落中相对丰度高于10%。

4.全长16S rRNA序列与短可变区片段的性能比较

虽然利用二代测序平台获得的短高变区进行16S群落研究更经济，但全长16S rRNA序列提供了更全面的信息，对物种水平的分类更有价值。为了比较二者在进行物种分类上的差异，研究人员从全长序列中提取了V3-V4和V5-V6片段，随后在RDP数据库中进行了比对。珊瑚微生物组相关的16S rRNA全长序列中，有97%以上可以鉴定到种水平，而V3-V4和V5-V6扩增子的种水平注释率分别是16-86%和11-81%。尤其在P. damicornis珊瑚中，V3-V4有84%的片段对分类无效，V5-V6也有89%的片段无效，因为这些短的片段无法区分属于同一属的不同种。