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深海科学与工程研究所
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2022

研究揭示马里亚纳海沟底栖生物群落结构和多样性区别于冲绳海槽

文章来源:深海生物学研究室  |  发布时间:2022-07-01  |  【打印】 【关闭

  

  日,深海生物研究室海洋生物生态与进化研究组在国际期刊Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers上在线发表了题为“Comparison of structure and diversity of benthic communities in the Okinawa Trough and Mariana Trench by environmental DNA metabarcoding” 的学术论文。研究利用环境DNA和高通量测序技术(即eDNA宏条形码),分析并比较了西北太平洋两个深海区域的底栖生物群落结构特征和多样性。 

  深海海底地域广大,具有丰富的生物多样性,但是长期以来由于受到采样技术和分析手段等多种因素的限制,人们深海生态系统的认识仍然比较有限。目前有关深海生物多样性的研究虽然很多,但是多局限于6000 m以浅的区域,深度超过6000 m的深渊区域仍然是目前地球上探索最少的生态系统。随着人类活动和气候变化对深海的影响日益严重,为了保护深海生态系统,需要加快深海生物多样性的研究步伐。 

  过去很多对深渊底栖生物的调查结果显示深渊底栖生物的丰度、多样性和群落组成和邻近深海或半深海环境有所不同,但这些研究主要是基于占有优势的大型底栖生物类群。环境DNAeDNA)宏条形码是评估生物多样性的一种新方法。该方法将环境样品(例如,沉积物、水体或空气)和高通量测序技术结合,可以确定环境中出现的物种,并评估总体的生物多样性。相比传统方法,这种方法尤其适合研究微小的生物类群(例如,小型底栖动物),而这些微小生物类群在生态系统中往往数量庞大而且非常多样化。近年来海洋沉积物eDNA宏条形码研究也显示这种方法可以帮助人们认识深海底栖生物类群的多样性和种群分布模式。 

  研究团队以冲绳海槽(~500-1000 m)和马里亚纳海沟(~6500 m)为研究区域,利用沉积物DNA和两个核基因(28S和18S rRNA 基因),比较了深海陆坡和深渊海沟区域底栖生物群落结构和多样性。 

 

图1 马里亚纳海沟和冲绳海槽沉积物采样地点示意图 

    

  研究结果显示,冲绳海槽比马里亚纳海沟具有更多的真核生物类群,而且两个深海区域的底栖生物类群的组成是截然不同的。对28S rRNA 基因序列,在OTU水平上,仅有7% 的OTUs(Operational taxonomic units)是两个区域共有的,而即使在科的水平上,两个区域之间共有的科也仅占到20%左右。18S rRNA 基因也具有相似的趋势。NMDS和聚类分析也显示两者间的群落组成是显著不同的(p < 0.05)。 

  对两个区域后生动物类群的分析结果也显示冲绳海槽具有更多的后生动物门类,而且两个区域中的优势动物类群明显不同。28S rRNA基因数据显示,刺胞动物是冲绳海槽丰度最高的动物类群(序列丰度30.5%),其次是环节动物 ;而海沟中丰度最高(46%)的动物类群是线虫,其次是软体动物(16.4%)。海槽区多样性最高的为环节动物(33个OTUs,21个科);而在海沟区最多样的是线虫,具有21个OTUs(归属于10个科)。18S rRNA基因在海槽区显示了相似的结果,但是却发现在海沟中Xenacoelomorpha海洋蠕虫类丰度最高(34.2%),其次是线虫(22.9%),而且海沟中线虫是多样性最高的(19个OTUs,9个科)。 

  研究结果揭示了马里亚纳海沟底栖生物多样性低于陆坡区的冲绳海槽,而且两者具有显著不同的底栖生物群落。环节动物是海槽区多样性最高而且丰度较高的一大动物类群,而线虫则是海沟区最有优势的动物类群。在未来的工作中,研究团队将继续采集来自近岸沿海、深海平原及海沟底部的沉积物样品,利用环境DNA方法在更大尺度上解析底栖生物从浅海到深渊的分布模式。 

    

图2 NMDS(a和b)和聚类(c和d)分析结果。其中(a)和(c)为28S rRNA基因数据;(b)和(d)为18S rRNA基因数据。 

    

图3 冲绳海槽和马里亚纳海沟的后生动物门类的相对丰度。其中(a)和(b)为28S rRNA基因数据;(c)和(d)为18S rRNA基因数据。 

    

  论文信息: 

  Jun Liu, Lvpei Du, Zhilei Sun, Haibin Zhang*, (2022) Comparison of structure and diversity of benthic communities in the Okinawa Trough and Mariana Trench by environmental DNA metabarcoding, Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 185, 103806, https://doi.org/10.1016/j.dsr.2022.103806 

    

    

    

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