近日，廈門大學海洋與地球學院、近海海洋環境科學國家重點實驗室徐大鵬教授課題組與韓國極地研究所（Korea Polar Research Institute）的合作者，在北極原生生物分子多樣性研究領域取得系列進展。研究闡述了夏季北極典型環境中原生生物分子多樣性分布、群落結構變化及環境驅動因素，為進一步厘清全球變化背景下北極原生生物的響應與反饋機制提供了重要參考。相關成果先后發表于Science of the Total Environment, Environmental Research, Microorganisms, Frontier in Microbiology和《海洋科學》等期刊。
研究背景
原生生物以其多樣性高、結構功能復雜、生活/營養方式多樣等特征，在海洋生態系統物質循環與能量流動中發揮了重要作用。近年來，全球氣候變化對北極生態系統的影響日益增強，厘清北極原生生物群落對全球氣候變化的響應與反饋機制，對了解其在生物地球化學循環中的作用至關重要。
研究結果
徐大鵬教授課題組與合作者基于2016-2021年間多個北極夏季航次，獲取了北極典型環境（包括上覆雪、冰芯、融池、表層海水、葉綠素最大層、深海等）樣品，通過環境DNA/RNA提取及高通量測序技術，在北極原生生物分子多樣性、共現網絡、群落構建機制及環境驅動因素等方面獲得了若干進展。
對上覆雪、冰芯及不同深度海水中原生生物的研究表明，RNA比DNA所揭示的群落對環境因子變化更為敏感，是研究特殊環境（如北極）原生生物分子多樣性等更為可靠的研究手段（圖1）（Kong et al., 2023. Sci. Total Environ.）。
圖1. RNA所揭示的原生生物群落分組更為清晰
利用定鞭藻類群的特異性引物，對北極表層及葉綠素最大層（DCM）中初級生產的重要類群—定鞭藻的分子多樣性進行了研究，結果發現：表層以具有潛在混合營養能力的Chrysochromulina為優勢類群，而DCM層以Phaeocystis為優勢類群；兩個水層中定鞭藻類群在共現網絡中形成相對獨立模塊，且DCM層網絡穩定性遠低于表層，暗示未來全球變化對北極DCM層定鞭藻群落及初級生產可能產生更為深遠的影響（圖2）（Sun et al., 2022. Microorganisms）。
圖2. 定鞭藻共現網絡（左）及穩定性（右）
沿日本海至北極斷面對分粒徑（超微型pico、微型nano及小型micro）、活躍的原生生物群落進行了研究，結果發現：超微型與微型原生生物alpha多樣性具有明顯沿緯度變化的趨勢；三個粒徑原生生物群落根據緯度及深度聚類成三組（北極圈外、北極表層、北極DCM層）；溫度是影響原生生物多樣性及群落結構最主要的環境因素（圖3）（Xu et al., 2022. Environ. Res.）。
圖3. 日本海-北極緯度斷面采樣站位（A）、不同粒徑原生生物alpha多樣性指數沿緯度梯度分布（B）及群落聚類（C）
對夏季北極海水與融池中分粒徑、活躍的原生生物類群進行了研究，結果發現：融池中原生生物alpha多樣性指數遠低于海水；融池中以混合營養型金藻及異養型側口類纖毛蟲為優勢類群，海水則以混合營養型寡毛類纖毛蟲為優勢類群；海水中原生生物群落主要受擴散限制的影響，而融池中群落主要受漂變的影響（圖4）（Xu et al., 2022. Front. Microbiol.）。
圖4. 融池站位圖（A）、融池與海水中不同粒徑原生生物alpha多樣性指數（B）、群落結構（C）及群落構建機制（D）
研究團隊及資助
該系列論文第一作者分別為廈門大學海洋與地球學院2022屆碩士畢業生孔菏君、2020屆本科畢業生陳一璇、孫萍教授及徐大鵬教授，通訊作者均為徐大鵬教授。研究工作獲得了國家自然科學基金項目（42188102, 42141003, 41861144018, 42276095和 41876142）及韓國海洋與漁業部項目（20210605）的聯合資助。
論文來源
Kong, H., Yang, E., Jiao, N., Lee, Y., Jung, J., Cho, K., Moon, J., Kim, J., Xu*, D. 2023. RNA outperforms DNA-based metabarcoding in assessing the diversity and response of microeukaryotes to environmental variables in the Arctic Ocean. Sci. Total. Environ. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.162608
Sun, P., Liao, Y., Wang, Y., Yang, E.-J., Jiao, N., Lee, Y., Jung, J., Cho, K.-H., Moon, J.-K., Xu*, D. 2022. Contrasting community composition and co-occurrence relationships of the active pico-sized haptophytes in the surface and subsurface chlorophyll maximum layers of the Arctic Ocean in Summer. Microorganisms, 10, 248.
https://doi.org/10.3390/microorganisms10020248
Xu*, D., Kong, H., Yang, E.J., Wang, Y., Li, X., Sun*, P., Jiao, N., Lee, Y., Jung, J., Cho, K. 2022. Spatial dynamics of active microeukaryotes along a latitudinal gradient: diversity, assembly process, and co-occurrence relationships. Environ. Res. 212: 113234.
https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.113234
陳一璇，孔菏君，徐大鵬* 2021. 基于高通量測序技術的北冰洋典型環境原生生物多樣性研究進展. 海洋科學. 45: 81-88.
http://qdhys.ijournal.cn/html/hykx/2021/8/20210809.html
Xu*, D., Kong, H., Yang, E-J., Li, X., Jiao, N., Warren, A., Wang, Y., Lee, Y., Jung, J., Kang, S-H. 2020. Contrasting community composition of active microbial eukaryotes in melt ponds and sea water of the Arctic Ocean revealed by high throughput sequencing. Front. Microbiol., 11:1170.
https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.01170
供稿：徐大鵬
編輯：劉琰冉、蘇穎
審核：湯凱、劉志宇
