The Abundance and Diversity of Fungi in a Hypersaline Microbial Mat from Guerrero Negro, Baja California, México

墨西哥下加利福尼亞州瓜雷羅內格羅高鹽微生物墊中真菌的豐度與多樣性  

來源：Journal of Fungi, 2021, 7, 210

《真菌雜志》2021年 第7卷 文章編號210  

 

摘要內容

研究結合定量PCR（qPCR）和宏基因組測序技術，分析了墨西哥瓜雷羅內格羅高鹽微生物墊7個毫米分層（0–7 mm深度）中真菌的豐度與多樣性。真菌18S rRNA基因拷貝數為10?–10? copies/g，比細菌16S rRNA基因低兩個數量級，其中2–5 mm層豐度最高。宏基因組鑒定出56個真菌分類單元，分屬子囊菌門（Ascomycota）、擔子菌門（Basidiomycota）和微孢子蟲門（Microsporidia），優勢屬包括嗜熱毛殼菌（Thermothelomyces）、梨孢菌（Pyricularia）、鐮刀菌（Fusarium）等。這些真菌可能參與營養循環、寄生調控群落結構及反硝化過程。  

 

研究目的

量化高鹽微生物墊中真菌的垂直分布與多樣性，探索其在極端鹽度、氧氣劇烈波動環境中的生態功能。  

 

研究思路：  

1. 在瓜雷羅內格羅鹽場（鹽度125 ppt）采集微生物墊樣本，液氮冷凍保存。  

2. 切割7個1 mm分層（0–7 mm深度），結合顯微鏡觀察分層特征（顏色、生物組成）和丹麥Unisense微電極測量氧氣剖面（表1）。  

 

3. qPCR定量真菌（18S rRNA）和細菌（16S rRNA）基因拷貝數（圖2）。  

 

4. 宏基因組測序分析0–4 mm分層真菌多樣性，使用Kraken2進行物種注釋（圖3-4）。  

 

 

5. 統計學分析（Shannon指數、SIMPER）評估群落結構與功能關聯。  

 

測量數據及研究意義：  

1. 氧氣梯度數據（表1）：  

   ? 數據：Unisense微電極測得各層溶氧范圍（例如Layer 2: 0–1200 μM），揭示劇烈晝夜氧波動（如Layer 2白晝1200 μM→夜間0 μM）。  

 

   ? 意義：為真菌跨氧梯度生存提供環境背景，支撐"菌絲連通不同氧化層"假說。  

 

2. 真菌/細菌豐度（圖2，表2）：  

 

   ? 數據：真菌拷貝數峰值在2–5 mm層（最高7.05×10? copies/g），比細菌低2個數量級（細菌峰值1.35×101? copies/g）。  

 

   ? 意義：首次量化真菌在高鹽墊的垂直分布，證實其在中深層（2–5 mm）生態位優勢。  

 

3. 真菌多樣性（圖4）：  

   ? 數據：鑒定3門56種，子囊菌門占主導（>90%），優勢屬包括鐮刀菌（11.68%）、嗜熱毛殼菌（11.14%）、梨孢菌（10.66%）。  

 

   ? 意義：揭示高鹽環境下真菌群落結構穩定性（層間相似性>90%），挑戰極端環境限制多樣性的傳統認知。  

 

4. 關鍵屬功能關聯（表4）：  

 

 

   ? 數據：SIMPER分析顯示鐮刀菌、曲霉等6屬貢獻>50%群落相似性，均具腐生/寄生/反硝化功能基因。  

 

   ? 意義：直接關聯分類群與潛在生態功能（養分循環、寄生調控、N?O生成）。  

 

結論：  

1. 真菌廣泛分布于0–7 mm高鹽墊中，豐度峰值位于2–5 mm層（氧劇烈波動區）。  

2. 群落結構跨層高度穩定（>90%相似性），支持真菌菌絲可能連通不同氧化層的假設。  

3. 優勢真菌（鐮刀菌、曲霉等）可能通過三種途徑影響生態系統：  

   ? 營養循環：腐生型酵母（如念珠菌）分解有機物；  

 

   ? 群落調控：寄生性微孢子蟲（腦炎微孢子蟲）控制宿主數量；  

 

   ? 反硝化作用：鐮刀菌等屬可能貢獻N?O排放（與墊內不完全反硝化現象關聯）。  

 

丹麥Unisense電極測量數據的研究意義：  

Unisense氧微電極（方法部分）通過毫米級分辨率（500 μm步進）原位測量獲得兩個關鍵突破：  

1. 氧動力量化：精確捕獲晝夜氧震蕩（如Layer 2: 0→1200 μM），首次證實真菌在劇烈氧化還原過渡帶（1–3 mm）的豐度峰值（圖2），為"真菌適應氧波動"假說提供直接證據。  

2. 跨層關聯證據：測得Layer 4（3–4 mm）長期缺氧（表1），但真菌群落結構與氧化層高度相似（圖3），支撐"菌絲貫通不同氧化層"的推斷，暗示真菌可能物理穩定墊層結構并介導層間物質交換。  

3. 功能機制提示：電極數據揭示Layer 2–3處于好氧/厭氧頻繁交替狀態，而該區域富集反硝化真菌（如鐮刀菌），提示電極數據可指導后續靶向研究真菌介導的N?O生成機制。  

該技術克服了傳統擠壓法（分辨率低）和密閉培養（氧漂移）的局限，為極端環境微生物互作研究提供高精度物化背景。