mSystems: 对比温带草原表层和底层土壤细菌和古菌多样性的生物地理模式

Link: https://msystems.asm.org/content/4/5/e00566-19

Journal: mSystems

IF: 6.519

Published: 1 October 2019

深层土通常被认为具有与表层土相似的微生物多样性模式。

本文比较了中国内蒙古温带草原表层土壤(0-10 cm)和深层土壤(30-50 cm)中微生物的α和β多样性的模式和驱动因素。沿着干旱梯度，覆盖了一个约1500公里的样带。

结果表明，与传统的假设相反，细菌和古菌以及不同深度之间的多样性模式和影响因素存在差异。表层土干旱程度增加或深层土干旱程度减少，细菌多样性保持不变或增加。而古菌多样性则在表层土中减少，在深层土中保持不变。

表层土壤微生物多样性受地表植被和现代气候的影响最大，而底层土壤受pH值和历史温度异常因子的影响最大。此外不同微生物群落的地表土-深层土群落的生物地理模式不同，总体上细菌受不同深度土壤肥力差异影响大，古菌受现代气候的影响最大。

这些发现表明，在表层土壤中观察到的多样性模式可能不适用于下层土壤。特别是深层土壤，历史气候对细菌多样性的空间变化起着至关重要的作用。

此研究的三个假设：

(i)细菌和古菌之间以及不同群体之间的生物地理多样性模式各不相同。

(ii)深层土微生物多样性模式与表层土微生物多样性模式并不完全相同，而且表层和底层土壤微生物群落的差异性也随着环境梯度的变化而变化。

(iii) 表层土微生物多样性受当代气候和植被影响，深层土多样性受历史气候变化的强烈影响。

方法

随机选取32个地点(site)采集土壤样本。在每个地点，在一个大地块(plot)(10米×10米)的四角和中间设置了5个小地块(subplot)(1米×1米)。每个大的地块随机选择对角线上的3个小地块。在每个小地块内取三个土芯，使用直径为50毫米的土壤螺旋钻取1m深。这三个土芯混合为一个样本。再将三个小地块的样本混合，作为这个地点的样本。

细菌用515F/806R扩增

古菌用1106F/1378R扩增。此引物主要针对产甲烷菌。但是由于其非特异性，其他非产甲烷古菌也能扩增。

数据分析在我们组开发的平台上进行

(http://mem.rcees.ac.cn:8080/root/index)~~~

UPARSE 97%聚类

细菌和古菌resample数：32,885和50,347

地图和年均温数据来自 World Clim website (http://worldclim.org/version2)

潜在蒸发：CGIAR-CSI Global PET database (www.cgiar-csi.org/data/global-aridity-and-pet-database)

土壤含水率：soil water balance database (https://cgiarcsi.community/data/global-high-resolution-soil-water-balance)

评估了微生物多样性、表层土-深层土群落差异与环境变量之间的关系。利用Hmisc中的pearson相关。利用hier.par 检测了每个变量单独的贡献。

结果

稀释曲线表明测序深度足够

采样点及细菌和古菌随经度变化的OTU，shannon和PD。

细菌细分为两类功能菌群：α和β变形菌纲为贫营养型，其余8个优势门为富营养型。又做了一下不同经度三个参数的变化。

环境因子与多样性的pearson相关

每个变量单独的贡献

多样性指数随环境因子的变化

对richness,Shannon, PD及Bray-curtis和Unifrac分别做了SEM。这里是richness的结果。有个小疑问，为啥不把这些因子放一块做呢。

END