红海海绵共生真核微生物多样性：18S rRNA 基因测序揭示的生态与生物技术潜力

《AMB Express》：Exploring the microorganisms biodiversity associated with sponge species in the red sea through 18S ribosomal RNA gene sequencing

为探究红海海绵相关真核生物的多样性、分类组成及系统发育关系，研究人员开展了 “通过 18S rRNA 基因测序探索红海海绵物种相关微生物多样性” 的研究。结果发现多样且丰富的微生物群落，明确了各属生态作用及生物技术前景，对理解红海生态和生物科技探索意义重大。

　　在神秘深邃的海洋世界里，海绵犹如一座奇妙的 “微型城市”，承载着各种各样的微生物。红海，这片位于沙特阿拉伯海岸边的海域，独特的环境孕育了丰富多样的海绵物种。然而，随着沿海开发、过度捕捞以及气候变化等问题的加剧，红海海绵群落正面临着前所未有的生存危机。而且，此前对海绵微生物组中真核生物成分的研究相对较少，人们对其在海绵健康和生态系统功能中的作用知之甚少。

为了深入了解红海海绵相关真核生物的奥秘，来自沙特阿拉伯吉达大学（University of Jeddah）的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们通过 18S rRNA 基因测序技术，对红海海绵相关的真核微生物进行了全面的分析。研究结果令人瞩目，揭示了红海海绵微生物群落的多样性和复杂性，发现了许多具有重要生态功能和生物技术潜力的真核生物类群。这一研究成果发表在《AMB Express》上，为我们认识红海生态系统以及开发海洋生物技术提供了新的视角和理论依据。

在研究方法上，研究人员从红海近沙特阿拉伯海岸区域采集了 7 个海绵样本，通过潜水在 3 - 12 米深度获取样本，并小心处理以保持微生物群落的完整性。之后，利用 PureLink? Microbiome DNA Purification Kit 提取样本 DNA，进行 18S rRNA 基因扩增和测序。对测序数据进行生物信息学分析，包括数据过滤、标签连接、OTU（操作分类单元）分析、分类注释、多样性分析、功能预测等一系列操作，从而全面解析海绵相关真核微生物的特征和功能。

研究结果部分：

1. 18S rRNA 及生物信息学分析：对 7 个样本的测序数据进行质量过滤后，得到了高质量的清洁数据，数据利用率高，标签连接效率也很高。OTU 分析显示，不同样本的微生物群落丰富度和多样性存在差异，样本 A7 的 OTU 数量最多，为 134 个，样本 A4 最少，仅 54 个。通过 OTU 分类注释，发现了多种真核生物类群，包括 Ascomycota（子囊菌门）、Bacillariophyta（硅藻门）等，还有一些未分类的物种，这表明红海海绵微生物生态系统十分复杂。
2. 物种组成和丰度分析：通过多种分析技术对物种组成和丰度进行评估。物种丰度条形图能直观展示各样本不同分类水平的微生物分布，突出优势物种和低丰度物种；物种热图基于物种丰度对样本进行聚类，揭示样本间的相似性；物种 GraPhlan 图以圆形展示微生物分类和系统发育关系，呈现微生物群落的整体结构；物种系统发育树反映物种的进化关系，帮助理解物种间的亲缘关系；物种主成分分析（PCA）则能找出影响微生物群落组成的关键因素。
3. 多样性分析：从 α 多样性和 β 多样性两方面进行分析。α 多样性通过多种指数衡量，如观察物种数（Sobs）、Chao1 指数、ACE 指数反映物种丰富度，Shannon 指数和 Simpson 指数综合考虑物种丰富度和均匀度，Good’s coverage 指数表示样本覆盖度。结果显示不同样本的多样性指数存在差异，且测序深度基本能覆盖样本中的物种。β 多样性评估样本间物种组成的差异，通过多种距离指标进行分析，并构建样本聚类树和进行主坐标分析（PCoA），直观展示样本间的相似性和差异性。
4. 相关性分析和模型预测：通过 Spearman 相关分析研究物种间的关系，用热图展示相关性系数大于 0.2 的物种关系，发现了一些物种间的正相关或负相关关系。网络分析借助 Cytoscape 软件，更全面地展示物种、样本和样本分类之间的相互作用，找出关键物种及其对群落结构和功能的影响。随机森林（RF）和受试者工作特征曲线（ROC）用于评估分类模型的性能，为进一步研究提供参考。

研究结论和讨论部分：该研究通过元基因组分析揭示了红海海绵相关真核生物的多样性，发现了多种具有重要生态功能的类群。例如，Ascomycota 参与有机物分解和营养循环，Bacillariophyta 对初级生产至关重要。一些常见的真菌属如 Candida、Saccharomyces 和 Pichia 在红海海绵微生物组中发挥着分解有机物和营养循环的作用，并且它们对红海极端环境的独特适应性具有潜在的生物技术应用价值。此外，研究还发现了一些未分类的物种，它们可能代表着新的生物类群，具有独特的生态和生物技术功能，有待进一步研究探索。

与其他海洋区域相比，红海海绵微生物群落具有独特性，其高盐度和温度变化等极端环境塑造了特殊的微生物组成。一些在其他海洋区域也存在的属，如 Navicula 和 Ostreococcus，在红海中可能具有适应本地环境的特殊生态作用；而像 Hyalosynedra 和 Psammodictyon 等属则显示出对红海极端条件的特殊适应性。

总的来说，这项研究为我们深入了解红海海绵微生物群落的生态功能和生物技术潜力提供了重要依据，有助于推动海洋生态保护和生物技术的发展。同时，研究中发现的未分类物种也为未来的研究指明了方向，激励着科研人员进一步探索海洋微生物的奥秘，挖掘其潜在的应用价值。