现今的生物多样性和气候危机迫使我们开发更有效的陆地生态系统监测工具，eDNA宏条形码技术（eDNA metabarcoding），能够非侵入性地调查许多生态系统的物种丰富度，不会对生态环境造成干扰。通过分析这些信息，我们可以更全面地了解生物群落的组成、分布和动态变化，为保护地球生物多样性提供有力支持。

那么对于陆生生态系统中多营养级物种相互之间具有什么样的相互关联，复杂微/食物网络如何构建？这就要用到目前非常火的扩增子多营养级联合分析！（真菌、细菌、古菌也能联合分析啦！再来发一篇高分SCI吧！）

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eDNA多营养级联合分析

新策略

助您攻克陆地生境中

不同营养级物种群落关联机制

研究难题

今天，小编就带大家一起探讨下eDNA技术在陆生环境中的经典研究案例。探究eDNA视角下的多营养级物种世界。

01、空气eDNA捕获自然界陆地脊椎+哺乳动物多样性

• 期刊：Molecular Ecology Resources

• 影响因子：7.7

• DOI：10.1111/1755-0998.13840

引物信息

区域	引物名称	引物序列	目标物种
16S	16Sman1	5’-CGGTTGGGGTGACCTCGGA-3’	哺乳动物
	16Sman2	5’-GCTGTTATCCCTAGGGTAACT-3
12S	12SV05 forward	5’-TTAGATACCCCACTATGC-3’	脊椎动物
	12SV05 reverse	5’-TAGAACAGGCTCCTCTAG-3’

使用专门的被动采样设备，在丹麦一个森林中3天内收集了143份空气eDNA样本，通过本文开发的方法鉴定到共计64种生物，包括哺乳动物、鱼类、鸟类和两栖动物，其中检测到的57个“野生”分类群占整个地区约210种陆生脊椎动物的四分之一以上。

图1 检出的64个脊椎动物分类群和2种引物的检出情况

同时使用两种引物对物种的检出具有很好的互补效果，只有少数几个物种在两种引物的数据中均有检出。3天的样本收集并未得到一个取向水平的物种累计曲线，说明采集的样本还并未覆盖完整的研究区域生物多样性。

图2 143份气体eDNA样本元条形码检测脊椎动物的采样效率曲线

02、气候变暖导致草地土壤中微生物多样性的降低

• 期刊：Nature Microbiology

• IF：17.74

• 发表时间：2022

• DOI：10.1038/s41564-022-01147-3

引物信息

区域	引物名称	引物序列	目标物种
16S V4	515F	5′-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3′	细菌
	806R	5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′
18S V4	TAReuk454FWD1	5’-CCAGCASCYGCCGTAATTCC-3’	原生动物
	TAReukREV3	5’-ACTTTCGTTCTTTGATYRA-3’
ITS	gITS7F	5’-ARTCATCGARTCTTTG-3’	淡水鱼类
	ITS4R	5’-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3’

生物多样性对维持陆地生态系统的功能至关重要。已有的研究表明，气候变化导致了从地方到全球范围内的植物和动物多样性丧失。然而，与植物和动物相比，我们对气候变化如何影响地下微生物多样性知之甚少，气候变暖是否会导致土壤微生物多样性的增加或丧失？其影响的潜在机制是什么？这些问题的答案仍不明确。为回答上述问题，该研究利用长期野外实验平台，探究了增温、降雨改变、刈割对草原土壤微生物多样性及生态系统功能的影响。研究表明，增温显著降低了土壤细菌(9.6%)、真菌(14.5%)和原生生物(7.5%)的物种丰富度，这主要与土壤湿度下降导致的选择作用有关。研究还发现微生物生物多样性与总初级生产力和微生物生物量等生态系统功能正相关，表明气候变暖引起的微生物多样性丧失可能会对生态系统功能产生消极影响。

图3 实验性升温对土壤微生物群落的影响 a,样地实验设置。b-d, 增温、降雨量改变和剪草处理对微生物物种丰富度（b）、系统发育多样性（c）和生物量（d）的影响。

图4  微生物多样性的环境驱动因素。a环境变量与微生物多样性之间的相关性。b结构方程模型（SEMs）展示了土壤和植物变量以及细菌和原生生物丰富度之间的关系。蓝色和红色箭头分别表示正负关系。c 源自SEM的标准化总效应（直接加间接效应）。d 微生物丰富度与生态系统功能的相关性。

03、空气质量网络收集环境DNA，具有测量大陆尺度生物多样性的潜力

• 期刊：Current Biology

• IF：8.1

• 发表时间：2023

• DOI:10.1016/j.cub.2023.04.036

引物信息

区域	引物名称	引物序列	目标物种
COI	ZBJ-ArtF1c	5′-AGATATTGGAACWTTATATTTTATTTTTGG-3′	无脊椎动物
	ArtR2c	5′-WACTAATCAATTWCCAAATCCTCC-3′
16S	mam1	5’-CGGTTGGGGTGACCTCGGA-3’	脊椎动物
	mam2	5’-GCTGTTATCCCTAGGGTAACT-3’
ITS2	S2F	5’-ATGCGATACTTGGTGTGAAT-3’	植物和真菌
	ITS4	5’-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3’

现有和在建的空气质量监测网络可能是一个巨大的尚未开发的生物多样性数据来源。从英国两个监测站取样的过滤器中提取并扩增DNA后，发现了一个惊人的生物多样性记录。研究人员找到了180多种不同的植物、真菌、昆虫、哺乳动物、鸟类、两栖动物等物种的eDNA。数据显示，采样时间越长，捕获的脊椎动物种类越多，这可能是因为随着时间的推移，越来越多的哺乳动物和鸟类来到了这个地区。

图5 通过污染监测网络进行生物多样性采样

参考文献

1.Lynggaard C, Frøslev T G, Johnson M S, et al. Airborne environmental DNA captures terrestrial vertebrate diversity in nature[J]. Molecular Ecology Resources, 2024, 24(1): e13840.

2.Wu, L., Zhang, Y., Guo, X. et al. Reduction of microbial diversity in grassland soil is driven by long-term climate warming. Nat Microbiol 7, 1054–1062 (2022).

3.Littlefair J E, Allerton J J, Brown A S, et al. Air-quality networks collect environmental DNA with the potential to measure biodiversity at continental scales[J]. Current Biology, 2023, 33(11): R426-R428.