科研 | MT：16S rRNA基因扩增子深度测序揭示挪威水体中与粪便污染有关的水生微生物多样性
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粪便污染是影响水质的关键因素，本研究采集了来自挪威的中等和高等粪便污染的饮用水库支流，受到极度污染的城市小溪以及轻微污染的农村小溪的水体样本，揭示了受到粪便污染的激流水体微生物多样性特征。首先利用宿主特异性拟杆菌门16S rRNA基因标记，通过定量追踪微生物源，确定粪便水污染的人为和动物来源。其次基于16S rRNA扩增子深度测序揭示在细菌分类中，变形杆菌和拟杆菌(70-90%相对丰度)是最主要的细菌门，其次是厚壁菌门（特别是在受人为粪便污染的水域）。主要的古细菌分类是Parvarchaeota(主要分布在饮用水水库的支流中)和泉古菌门(分布在农村溪流中)。同时发现在粪便污染严重的水体中，微生物多样性明显减少。此外，在人为或动物污染源占优势水域的样本在微生物群落组成上存在差异。本研究为认识人为或者动物粪便污染对激流水体生态系统微生物多样性影响提供了新认识。
论文ID
原名：Aquatic microbial diversity associated with faecal pollution of Norwegian waterbodies characterized by 16S rRNA gene amplicon deep sequencing
译名：16S rRNA基因扩增子深度测序揭示挪威水体中与粪便污染有关的水生微生物多样性
期刊：Microbial technology
IF：4.857
发表时间：2019
通信作者：Adam M. Paruch
通信作者单位：挪威生物经济研究所
实验设计
本研究采集了5个激流水体样本（一份来自农村小溪样本RC，一份来自城市小溪样本UC，三份来自不同饮用水库支流T1，T2，T3）。根据Escherichia coil浓度指标判定水体是否被粪便污染。通过溯源分析（宿主特异性拟杆菌门16S rRNA基因标记）判定人为污染和动物污染的贡献度。使用16S rRNA扩增子深度测序技术揭示样本中微生物的多样性。通过归一化热图和聚类分析比较不同样本间微生物群落特征。
结果
1. 激流水体中粪便污染的来源
本研究结果显示所有样本均被粪便污染。RC样本中E. coil浓度的是最低的，根据溯源分析发现其污染主要来源于动物；UC样本中E. coil浓度是最高的，其污染来源主要是人为；在饮用水库支流中同样检测到较高浓度的E. coil，其污染来源主要是动物（表1）。
2. 粪便污染水体中微生物种类的多样性
每个样本获得的reads数分布在1267757到1850305之间。经过质检和去接头后，获得6,115,107条独有reads，这些reads归属于49,107个OTU。通过物种注释，这些OTU归属于74个门，其中大部分属于细菌，3个门属于古菌。
在检测的样本中，变性菌门和拟杆菌门是主要的细菌微生物。另外，在UC样本中，厚壁菌门的含量较高，该微生物是人为肠道中的主要微生物（相对丰度大于50%），说明粪便污染会对水体微生物的多样性产生影响，同时该发现与溯源分析结果相一致：UC样本中的污染源主要来自于人为。
Parvarchaeota门和泉古菌门是主要的古菌微生物。在T1-3样本中Parvarchaeota的相对丰度较高（高达86%），在RC样本中泉古菌门的相对丰度高达44%，泉古菌门中主要是以Candidatus Nitrososphaera属为主，该属在其他研究中与氮肥和农家肥的使用正相关，该发现与溯源分析发现相一致：RC样本的污染源主要是动物。
图1A展示了样本测序过程中的稀释曲线，在污染较少的样本中如RC，微生物多样性较强；而污染较为严重中的样本中如UC，微生物多样性较低。这些变化揭示了粪便污染对水生微生物群落结构存在显著的负面影响，这有可能与粪便污染导致生态系统的基本生态过程发生改变有关，从而导致一部分微生物被抑制而一部分微生物被富集，破坏了原有的生物降解自然过程、水流以及养分组成。
图1B展示了不同样本在微生物群落特征上的相似性。通过聚类分析，T1-T2和RC-T3两个簇被聚成一组，UC单独聚为一组，结果表明受人为污染的生态系统与其他系统在微生物群落组成上存在较大差异。进一步发现与人为肠道相关的变性菌门、拟杆菌门、厚壁菌门、互养菌门、软壁菌门和梭菌门在UC样本中含量较高，再次与溯源分析结果相一致。
结论
本研究通过研究不同污染程度和污染来源的水体样本，对人为或动物粪便污染对水体生态系统微生物多样性的影响提供了新的理解。本研究结果表明粪便污染会严重减低水体生态系统的物种多样性，同时受人为和动物污染的生态系统群落组成上存在显著的差异。
评论
本研究通过5个样本的深度测序揭示了人为或动物粪便污染对水体生态系统微生物多样性的影响。但是本研究未阐述为何使用深度测序，未比较该测序结果的优势所在；其次本研究所收集的样本量较少，结论缺乏代表性，通过更多样本的统计学分析会使该研究结果更加可靠。此外，本研究缺乏相关环境因素的研究。
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