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 Guerrero Negro 高鹽微生物墊中真菌的豐度和多樣性

來源：J. Fungi 2021, 7, 210.

 

一、摘要概述

 

本研究首次通過 qPCR定量 和 宏基因組測序 技術，系統分析了墨西哥瓜納羅內格羅高鹽微生物墊（0–7 mm深度）中真菌的豐度與多樣性。

關鍵發現：

 

真菌豐度：真菌18S rRNA基因拷貝數為10?–10?/g，比細菌低2個數量級（圖2，表2）。

 

 

垂直分布：真菌在2–5 mm層（高氧波動區）豐度最高（圖2）。

多樣性：鑒定出56個真菌分類單元，分屬 子囊菌門（主導）、擔子菌門和微孢子蟲門（圖4A）。

 

功能推測：真菌可能參與營養循環、寄生調控及反硝化過程（如鐮刀菌屬 Fusarium 的反硝化潛力）。

 

二、研究目的

 

填補知識空白：揭示高鹽微生物墊中真菌的垂直分布規律（此前研究集中于細菌/古菌）。

功能探索：解析真菌在極端環境（高鹽、氧梯度）中的生態角色。

方法創新：結合毫米級分層采樣與高通量技術，提升分辨率。

 

三、研究思路

 

采用 “原位采樣→分層分析→功能關聯” 策略：

 

采樣設計：

采集瓜納羅內格羅鹽場高鹽微生物墊（鹽度125 ppt），按 1 mm間隔 分層（0–7 mm）（圖1C）。

 

多維度檢測：

環境參數：氧梯度（Unisense電極）、顯微結構（圖1B）。

生物量：qPCR定量真菌/細菌基因拷貝數（圖2）。

多樣性：宏基因組測序分析真菌群落（圖4）。

數據分析：

統計檢驗（Kruskal-Wallis）、群落相似性（SIMPER）、功能推測（文獻比對）。

 

四、關鍵數據及其研究意義

1. 氧梯度與微環境（表1，圖3）

 

 

數據來源：Unisense電極測量氧濃度（方法2.2）。

結果：

表層（0–1 mm）：氧濃度200–800 μM（晝夜波動小）。

中層（1–3 mm）：氧劇烈波動（0–1200 μM），晝夜差異最大。

深層（>4 mm）：持續缺氧（圖3）。

意義：首次量化微生物墊毫米級氧梯度，為真菌垂直分布提供環境背景。

 

2. 真菌豐度垂直分布（圖2，表2）

 

數據來源：qPCR定量18S rRNA基因拷貝數。

結果：

最高豐度：2–5 mm層（10? copies/g），如Layer 3達3.12×10? copies/g。

最低豐度：表層（0–1 mm）和深層（6–7 mm）（圖2A）。

意義：揭示真菌在 高氧波動區（中層）富集，暗示其對動態環境的適應性。

 

3. 真菌多樣性（圖4，表3–4）

 

 

 

數據來源：宏基因組測序（4個上層樣本）。

結果：

優勢門：子囊菌門（Ascomycota, >80%），擔子菌門（Basidiomycota）、微孢子蟲門（Microsporidia）（圖4A）。

關鍵屬：鐮刀菌屬（Fusarium）、嗜熱霉菌屬（Thermothelomyces）、梨形孢屬（Pyricularia）（圖4D）。

功能類群：腐生菌（如 Saccharomycetales）、病原菌（如 Fusarium）、反硝化菌（如 Aspergillus）（表4）。

意義：真菌群落結構穩定（層間相似性>90%），支持其跨氧梯度生存能力。

 

五、結論

 

真菌廣泛分布：存在于0–7 mm所有層，豐度峰值在2–5 mm（氧波動區）。

多樣性特征：子囊菌門主導，含腐生、病原及反硝化功能類群。

生態角色：

營養循環：腐生菌降解有機物（如 Saccharomycetales）。

群落調控：病原菌可能調控微生物組成（如寄生）。

氮循環：反硝化菌（如 Aspergillus）可能貢獻N?O排放（溫室效應）。

潛在作用：真菌菌絲可能連接不同氧區，穩定墊層結構并介導物質交換。

 

六、丹麥Unisense電極數據的詳細解讀

1. 技術原理與實驗設計

 

技術原理：

Unisense微電極基于 安培法，實時檢測溶解氧濃度（μM）。

校準：空氣飽和鹽水（高氧）vs. 氮氣鼓泡鹽水（無氧）。

實驗場景：

測量微生物墊0–4 mm層氧濃度，區分晝夜變化（正午 vs. 午夜）。

 

2. 關鍵結果與意義

 

數據來源：表1（氧濃度范圍）、圖3（氧梯度與群落關聯）。

結果：

氧梯度顯著：表層（200–800 μM）→中層（0–1200 μM）→深層（缺氧）。

晝夜波動：中層（1–3 mm）氧變幅達1200 μM（圖3）。

意義：

解釋真菌分布：真菌豐度峰值（2–5 mm）與 高氧波動區 重合，暗示其適應動態氧化還原環境。

支撐功能推測：缺氧層（>4 mm）存在反硝化真菌（如 Aspergillus），與反硝化功能關聯。

方法學價值：毫米級分辨率揭示微環境異質性，為群落-環境關聯研究提供技術標桿。

 

3. 研究價值

 

生態學意義：氧梯度驅動微生物垂直分區，真菌可能通過菌絲網絡跨層傳輸物質/信號。

氣候關聯：真菌反硝化或貢獻N?O排放（298倍CO?溫室效應），提示微生物墊的潛在氣候影響。

技術示范：Unisense電極適用于極端環境微尺度監測，為類似研究（如深海沉積物）提供范本。

 

七、研究意義

 

理論創新：突破微生物墊研究中“真菌盲區”，確立真菌為關鍵功能組分。

方法貢獻：毫米級分層+多組學整合，為復雜微生物群落研究提供新范式。

應用潛力：真菌反硝化機制或用于廢水脫氮，病原真菌數據庫助力生態風險評估。