期刊：npj Biofilms and Microbiomes
影响因子：7.290
发表时间：2022
样本类型：野生石蝇
客户单位：扬州大学杜予州课题组
一、研究背景
石蝇（Plecoptera）是水生节肢动物，作为水质的关键指标和河流环境参数而闻名。确定性和随机性都推动了动物体内的微生物群落，但它们的相对贡献仍然难以估量，尤其是在与野生水生昆虫相关的真菌群落中。本研究利用ITS扩增子测序技术，探究了从中国多个地点采集的野生石蝇个体中真菌群落的结构，以及发现了宿主属性和环境因素的变化可能会减缓确定性和随机性过程对野生石蝇真菌群落组成的影响，这为水生节肢动物微生物群落构建机制提供了新的见解。
二、实验设计
从中国多个地点采集的8科20属44种共155个野生石蝇个体通过ITS测序，探究了石蝇的真菌群落的结构，通过共发生网络图，地理距离衰减模式分析，中性模型和零模型分析了确定性和随机性过程对野生石蝇真菌群落组成的影响。
图1 中国多个地理区域的野生石蝇采样位置
三、实验结果
1、石蝇真菌群落多样性和组成结构
真菌群落的α多样性在8个石蝇科之间存在显著差异；PCoA表明，真菌群落的组成存在显著差异（图2）。优势菌属，例如曲霉属、荷特曼氏菌属、青霉属和Sterigmatomyces，在8个石蝇科之间存在差异。所有采样的石蝇中，最常见的真菌属是曲霉属（44.52%），被确定为野生石蝇真菌群落的核心菌群。
共发生网络图分析表明，在 8 个石蝇科中，物种的共现表现出不同的模式（表1），Capniidae和Choloroperlidae真菌群落中的联系更紧密。八个石蝇科中网络的分类组成不同，在大多数石蝇家族中，一些中心节点未分配（图2d）。
表1 每个石蝇科共发生网络的拓扑特性
图2 8个石蝇科真菌群落多样性和组成
2、真菌群落组成的地理距离衰减模式
作者进一步研究了石蝇真菌群落的空间变化。在跨越多个地理区域的群落中，通过Bray–Curtis距离检测到真菌相似性和地理距离之间存在显著衰减关系（图3）。
图3 石蝇真菌群落与地理距离
3、宿主和环境变量与真菌群落组成的关系
结构方程模型（SEM）探讨了真菌群落变异与宿主和环境变量之间的相关性，结果表明，真菌群落结构受到宿主和环境变量的直接显著影响（图4a）。此外，方差分解分析（VPA）表明，大部分组成差异（89%）无法通过宿主和环境变量解释（图4b），表明存在复杂的机制控制着真菌群落的构成。在位置、海拔、纬度、经度、年平均气温 (AMT) 和年平均降水量 (AP) 等多种环境因素中，真菌群落受 AP 的影响最为显著。
图4 宿主和环境因素对石蝇真菌群落组成的影响
4、控制石蝇真菌群落构建的生态过程
为了探索中性过程在石蝇真菌群落中的作用，利用中性模型来分别评估所有样本和每个石蝇科。对于所有的石蝇样本，群落中真菌OTUs与中性模型拟合相当弱，大多数OTUs不在中性模型预测的95%置信区间内（图5）。这表明确定性过程比随机性在石蝇真菌群落的形成中起着更关键的作用。然而，中性过程对真菌群落组成的影响程度在石蝇科之间有所不同。
图5 中性模型对石蝇真菌群落组成的拟合
零模型用于量化随机和确定性因素在形成真菌群落组成中的相对影响。当忽略分类信息时，研究发现变量选择是一个确定性过程，是影响真菌群落组合的首要因素（βNTI>2，相对贡献56.58%；图6a），其次是漂移和均匀分散（图6b）。总之，变量选择和漂移的组合，其影响强烈依赖于宿主分类群，推动了石蝇真菌群落构建。
图6 使用零模型分析评估石蝇真菌群落构建机制
中性模型和零模型中真菌群落构建机制表明，在驱动石蝇中真菌群落的过程中，确定性过程比随机过程占主导地位（图5和图6）。为了评估环境因素对石蝇真菌群落组合的影响，利用Mantel分析，得到βNTI值与海拔高度、纬度、经度、AMT和AP呈显著正相关（图7），表明这些环境变量对石蝇中的真菌群落构建有显著影响。
图7 环境因素对石蝇真菌群落组合的影响
四、研究结论
综上所述，本文利用真菌ITS高通量测序技术探究了来自中国多个地区8个科的石蝇真菌群落的模式。通过中性模型和零模型分析，强调宿主属性和环境条件通过改变群落组装过程的相对影响来塑造石蝇中的真菌群落。这些发现扩展了科研工作者目前对水生昆虫微生物群落构建机制的理解。同时，需要进一步的工作来探索已识别的真菌物种的特定功能，并阐明进化和生态时间尺度下真菌群落的功能演替。
参考文献
Mechanisms of fungal community assembly in wild stonefly moderated by host characteristics and local environment. npj Biofilms and Microbiomes, 2022.
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