Human activities’ fingerprint on multitrophic biodiversity and ecosystem functions across a major river catchment in China

期刊：Global Change Biology

IF：13.211

發(fā)表時(shí)間：2020

研究目的和主要結(jié)果

人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致的全球變化在各個(gè)方面均對(duì)河流生物多樣性具有顯著影響,，包括分類(lèi)學(xué)、系統(tǒng)發(fā)育和功能多樣性,，并且這種影響被認(rèn)為會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)功能的丟失,。

理解生態(tài)系統(tǒng)功能丟失及其于生物多樣性之間的關(guān)系至關(guān)重要，但是目前大部分研究還只是關(guān)注單一一類(lèi)生物或功能類(lèi)型,，而人類(lèi)活動(dòng)對(duì)多營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多功能性的影響還所知有限,。

本文使用環(huán)境DNA技術(shù)獲取了我國(guó)一條河流流域從細(xì)菌到無(wú)脊椎動(dòng)物的生物多樣性圖譜，并且分析了其于多種生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)聯(lián),。

本文首先發(fā)現(xiàn)了研究河流中一致性的多物種空間分布圖譜,，并且結(jié)果暗示人類(lèi)陸地使用情況對(duì)河流生物群落具有非常強(qiáng)的環(huán)境過(guò)濾作用。

人類(lèi)陸地使用情況解釋了河流多營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的降低,，同時(shí)使河流生態(tài)系統(tǒng)功能冗余性提高,。

生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能的聯(lián)系呈現(xiàn)“上凹型”規(guī)律。

SEM分析表明生物多樣性的變化通過(guò)生物多樣性的丟失以及群落多營(yíng)養(yǎng)級(jí)物種依賴(lài)關(guān)系的改變影響生態(tài)系統(tǒng)功能,。

數(shù)據(jù)獲取和分析

樣本來(lái)自淮河的主要支流沙潁河,，共計(jì)18個(gè)采樣點(diǎn)，按照其土地利用情況分為3類(lèi),。

細(xì)菌使用16S V3區(qū),、真菌、藻類(lèi)和原生生物使用18S V9區(qū),、無(wú)脊椎動(dòng)物使用COI進(jìn)行eDNA測(cè)序,。

原生動(dòng)物、真菌,、藻類(lèi)和細(xì)菌群落使用Greengenes數(shù)據(jù)庫(kù)和Protist Ribosomal Reference database數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行注釋?zhuān)瑹o(wú)脊椎動(dòng)物使用NCBI Genbank數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行注釋。

分類(lèi)學(xué)多樣性包括Chao1豐富度,、Shannon多樣性和Pielou’s均勻度,；系統(tǒng)發(fā)育多樣性為Faith’s系統(tǒng)發(fā)育多樣性指數(shù)；功能多樣性包括功能豐富度,、Rao’s quadratic entropy(FD)和功能冗余性,；使用Z-score的方式計(jì)算多營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物多樣性。

測(cè)定了樹(shù)葉和棉條分解情況以及4種營(yíng)養(yǎng)循環(huán)相關(guān)的酶活性,，通過(guò)多功能指數(shù)的方法評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)功能,，遙感數(shù)據(jù)計(jì)算各采樣點(diǎn)的人類(lèi)土地利用情況,。

評(píng)述

細(xì)菌群落測(cè)序相關(guān)的文章現(xiàn)在可以說(shuō)已經(jīng)泛濫了，想要單純靠細(xì)菌群落測(cè)序發(fā)表文章,，特別是一區(qū)以上的期刊,，可以說(shuō)是越來(lái)越難。

現(xiàn)在擴(kuò)增子測(cè)序的價(jià)格已經(jīng)一降再降,，加之基于eDNA的真核微生物擴(kuò)增子及其分析技術(shù)的逐漸成熟,，同一批樣本，同時(shí)測(cè)定多種類(lèi)型的微生物甚至再測(cè)定一下大型真核生物,，把研究從單一營(yíng)養(yǎng)級(jí)提升到多營(yíng)養(yǎng)級(jí),，相比于宏基因組深挖來(lái)說(shuō)，可能是性?xún)r(jià)比更高的發(fā)文章方式,。

當(dāng)然,，只測(cè)細(xì)菌和真菌兩種微生物估計(jì)也不太行，還是要測(cè)到4-5種不同類(lèi)型的生物類(lèi)型,，另外就是想做這種研究的朋友也不要過(guò)于樂(lè)觀,，雖然測(cè)序和分析技術(shù)逐漸成熟，但是至少?lài)?guó)內(nèi)絕大多數(shù)測(cè)序公司對(duì)于真核生物擴(kuò)增子數(shù)據(jù)的分析還是沿用細(xì)菌那一套,，具體做過(guò)的朋友可能會(huì)有所了解,，這中間會(huì)遇到很多問(wèn)題，所以想要做這方面的朋友還是要交點(diǎn)學(xué)費(fèi)的,。

說(shuō)回這篇文章的分析內(nèi)容,，其實(shí)具體的研究沒(méi)什么好說(shuō)的，不過(guò)如果各位eDNA相關(guān)文章看的多的話,，特別是水平比較高的文章,，應(yīng)該會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)明顯的現(xiàn)象，就是這些高水平的eDNA測(cè)序相關(guān)的額文章與傳統(tǒng)微生物擴(kuò)增子文章相比有一個(gè)明顯的區(qū)別,，那就是這些文章幾乎很少提及研究樣本中具體的物種組成信息,，就算有提到也是很快就帶過(guò)了，不會(huì)像傳統(tǒng)的微生物擴(kuò)增子文章那樣翻來(lái)覆去的比較,，找差異物種來(lái)作為主要的結(jié)果,。

這一點(diǎn)在大型生物eDNA研究中尤為明顯，為什么呢,？

主要原因是真核生物的參考數(shù)據(jù)庫(kù)通常不全面,，加之注釋過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，就會(huì)導(dǎo)致有一部分物種注釋的結(jié)果可能是錯(cuò)的,，而大型真核生物是看得見(jiàn)的物種,，很多生物在研究區(qū)域中是否存在是有直接證據(jù)的，這會(huì)直接質(zhì)疑結(jié)果的準(zhǔn)確性,，并且還無(wú)法反駁,。

這種問(wèn)題在細(xì)菌等微生物研究中存不存在呢,？應(yīng)該也是存在的，但是細(xì)菌這東西看不見(jiàn),，很多細(xì)菌在研究體系里到底有沒(méi)有也沒(méi)直接證據(jù),，所以也就沒(méi)辦法質(zhì)疑了。

最后的結(jié)論其實(shí)就是一條,，建議用eDNA技術(shù)來(lái)發(fā)文章的朋友（特別是大型生物群落）,，還是盡量不要糾結(jié)在具體物種的注釋信息，多用各種多樣性指數(shù)或者功能指數(shù)來(lái)代替具體物種的信息做分析,，如果就是要鉆牛角尖,，必須要得到準(zhǔn)確的物種注釋信息，那從一開(kāi)始就別用eDNA技術(shù),。