非双核菌门真菌类群无处不在：18S rRNA基因宏条形码技术揭示其跨生态系统分布规律

《Microbial Ecology》：Non-Dikarya Fungal Clades Are Everywhere: What 18S rRNA Gene Metabarcoding Reveals About Cross-System Distribution of Fungi

　　本研究针对非双核菌门真菌因形态隐蔽、难培养及参考数据库匮乏而研究不足的问题，通过重新分析全球6000多个环境样本的18S rRNA基因V4区宏条形码数据，结合近全长序列构建系统发育框架，揭示了Chytridiomycota、Microsporidia、Rozellida和Aphelidea等类群在海洋、淡水、土壤及极端环境中的分布规律。研究发现内陆系统的真菌丰度和多样性显著高于海洋系统，且同一类群内存在显著生态分化。该研究为理解真菌生态功能及系统进化提供了重要依据，成果发表于《Microbial Ecology》。

　　

在生态系统的微观世界中，真菌如同隐藏的工程师，默默参与着养分循环、有机质降解和共生关系构建等关键过程。然而，在这庞大的真菌王国中，有一类群体长期处于科学研究的阴影之下——它们就是非双核菌门真菌。这些真菌包括壶菌门（Chytridiomycota）、微孢子虫（Microsporidia）、罗兹菌门（Rozellida）和无丝菌门（Aphelidea）等类群，由于形态特征隐蔽、难以培养，以及在参考数据库中代表性不足，它们的真实多样性和生态功能一直是个未解之谜。传统上，研究者更关注子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）这类双核菌门真菌，而非双核菌门真菌的生态重要性被严重低估。

为了解决这一知识空白，由Sofiya Bondarenko、Aleix Obiol、Emilio O. Casamayor和Ramon Massana组成的研究团队开展了一项规模宏大的研究。他们整合了全球6000多个环境样本的18S rRNA基因V4区宏条形码数据，样本来源覆盖海洋、淡水、土壤、极地和高盐环境等多种生态系统。通过构建近全长18S rRNA基因序列的系统发育参考框架，研究团队对这些环境中的短序列进行了精确分类，首次在全球尺度上系统揭示了非双核菌门真菌的分布模式和生态适应性。这项研究成果发表在生态学重要期刊《Microbial Ecology》上，为理解真菌王国的生态格局提供了全新视角。

研究团队采用了多项关键技术方法开展此项研究。他们首先构建了基于近全长18S rRNA基因序列的参考系统发育树，使用MAFFT进行序列比对，IQ-TREE进行最大似然法建树。随后整合了EukBank、metaPR2和EMM三个宏条形码数据库的6000多个环境样本，通过PaPaRa和EPA-ng进行系统发育定位分析，对扩增子序列变异（ASVs）进行精确分类。数据分析主要使用R语言中的vegan包进行非度量多维尺度分析（NMDS），并用ComplexHeatmap包绘制热图展示不同真菌类群的环境分布特征。

研究结果首先通过构建后鞭毛生物（Opisthokonta）参考系统发育树，将真菌分为18个类群，包括双核菌门和16个非双核菌门类群。这一系统发育框架为后续环境序列的准确分类奠定了基础。

真菌栖息地在全球宏条形码数据集中的分布分析显示，不同环境类型具有显著不同的真菌群落结构。海洋水体与沉积物/土壤样品在NMDS图中明显分离，而内陆水体样品则部分与海洋水体重叠，可能反映了河口系统的影响。沿海海洋水体与其他海洋水体类型明显分开，高盐环境形成独立的聚类，表明这些环境拥有独特的真菌群落。

真菌类群在不同栖息地中的贡献分析揭示了有趣的模式。内陆环境（如淡水和土壤）中真菌的相对丰度 consistently高于海洋栖息地。海洋表层和深海水体主要由子囊菌门和担子菌门主导，而沿海水域则显示出壶菌门和罗兹菌门的显著存在。极地海洋环境中壶菌门贡献较大，而内陆栖息地则以壶菌门和微孢子虫为特征，无丝菌门则是半咸水、盐水和超盐水环境的重要组分。

研究人员对四个主要的非双核菌门类群进行了深入的类群划分。在壶菌门中确定了18个类群，其中3个为新型类群（Chytridiomycota InSed1-3）。在微孢子虫加罗兹菌门中同样确定了18个类群，其中5个为新型类群（MIC01-05）。无丝菌门中识别出9个新型类群，其中8个由多个长参考序列支持。这些类群划分为进一步研究不同真菌类群的生态适应性提供了基础。

栖息地特异性分布分析显示，大多数ASVs局限于一个或少数几个相关环境，而同一类群内的代表物种往往分布在广泛的生态系统中。一个例外是无丝菌门的APH03类群，其ASVs consistently显示相似且狭窄的分布特征，仅限于半咸水/盐水、超盐水和超盐沉积物这三种相关栖息地。新型微孢子虫类群MIC05也专门分布在这两种环境中，表明高盐度可能作为强大的环境过滤器，限制了整个类群的分布。

研究结论和讨论部分强调了18S rRNA基因宏条形码技术在研究非双核菌门真菌中的价值和局限性。虽然小亚基（SSU）rRNA基因在区分子囊菌门和担子菌门中密切相关的分类群时分辨率有限，但对于非双核菌门类群的研究特别适用，因为这些类群中可获得更多参考序列。系统发育感知方法（如构建全长18S rRNA基因参考树并在其中放置环境序列）进一步提高了分类分配的准确性和分辨率。

从生态学角度看，研究发现真菌在 inland 栖息地中的相对丰度和类群多样性均高于海洋系统。非双核菌门类群，特别是壶菌门、微孢子虫、罗兹菌门和无丝菌门，在不同生态系统中广泛分布，且在多数情况下比担子菌门更为丰富。考虑到这些非双核菌门真菌主要是寄生性的，可以推断真菌寄生在自然栖息地中具有重要的生态作用。

在更精细的分类尺度上，非双核真菌类群表现出生态多样性。大多数谱系包含系统发育相关的ASVs，每个都局限于特定的栖息地，表明密切相关的分类群经历了生态 specialization，可能由宿主或底物差异驱动。非双核真菌多样性在极端环境（包括极地系统、超盐湖和深海沉积物）中也很突出。这些谱系在恶劣条件下的持久性可能是通过休眠孢子等抵抗性生命阶段实现的，以及尚未完全理解的生态特征。

最后，研究结果突出了真菌分类分辨率方面的持续挑战。一小部分ASVs只能被分类为"InSedFungi"或Opisthokonta incertae sedis，表明存在尚待描述的真菌多样性。这一差距说明需要更广泛的分类单元采样、改进的参考框架和一致的命名约定，以将新兴的环境多样性整合到真菌系统学中。

这项研究通过大规模环境测序和先进的系统发育分析方法，首次在全球尺度上系统揭示了非双核菌门真菌的分布规律和生态适应性，为理解这些"暗物质"真菌的生态功能提供了重要基础，同时也为未来真菌生态学和系统进化学研究指明了方向。