微生物殘體DNA廣泛存在于陸地和水域生態系統中。從水環境樣品中提取的微生物DNA通常來自活體微生物和死亡微生物殘體。環境DNA高通量測序技術的應用，顯著提高了微生物群落檢測的效率和通量，而無法區分微生物細胞的死活狀態。因此，基于環境DNA的微生物群落分析會造成一些微生物多樣性和群落組成的錯誤估計。已有研究使用疊氮溴化丙錠（Propidium monoazide，PMA）染色方法，可選擇性地結合死細胞DNA，進而抑制PCR擴增。同時，PMA處理與高通量測序技術相結合，能夠區分死活微生物，實現活體微生物群落分析。然而，以往研究集中在土壤環境或者細菌群落，而未對河流水庫水體中浮游細菌和真核微生物群落進行系統研究。
中國科學院城市環境研究所水生態健康研究組（楊軍團隊）以亞熱帶河流水庫浮游微生物為研究對象，利用PMA處理水體中死亡微生物的DNA，結合16S rRNA和18S rRNA基因擴增子測序，對水體中總體和活體微生物群落時空動態進行比較研究。結果表明，PMA處理和未處理的細菌和微型真核生物群落組成存在顯著差異，微生物殘體DNA的去除對微型真核生物群落的組成影響更強烈。微生物殘體DNA的存在導致擬桿菌門（Bacteroidota）和硝化螺旋菌門（Nitrospirota）的相對豐度被低估，而其他細菌門類沒有顯著變化。微型真核生物群落中，微生物殘體DNA去除后，一些浮游植物（如綠藻門、甲藻門和褐藻門）和真菌相對豐度顯著增加，絲足蟲和纖毛蟲的相對豐度顯著降低。此外，微生物殘體DNA的去除，削弱了跨營養級微生物共存網絡的大小和復雜性，改變了環境因子與微型真核生物群落組成之間的相關性。然而，在PMA處理和未處理樣品之間，細菌或微型真核生物群落的時間周轉率無顯著差異�？偟膩碚f，水體中微生物殘體DNA存在情況下，基于環境DNA分析中可能會模糊活體微生物群落組成、共生網絡及其與環境因素之間的關系。未來研究有必要對淡水生態系統中微生物殘體DNA的豐度、衰減率和功能開展深入研究。該研究聚焦水環境中總體和活體微生物群落的組成與變化，有助于剖析河流水庫微生物群落演替過程與機制。
相關研究成果以Relic DNA obscures DNA-based profiling of multiple microbial taxonomic groups in a river-reservoir ecosystem為題，發表在《分子生態學》（Molecular Ecology）上。研究工作得到國家自然科學基金、福建省中國科學院STS計劃配套項目、中國水利水電科學研究院流域水循環模擬與調控國家重點實驗室開放基金等的支持。
來源：城市環境研究所
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