1、南大西洋深海表層沉積物的細(xì)菌多樣性和生物地理學(xué)有兩種傳統(tǒng)解釋，即環(huán)境異質(zhì)性和歷史因素。長期以來，環(huán)境條件被認(rèn)為對微生物地理學(xué)有很大的影響。一些研究表明，空間距離(歷史因素)影響微生物的多樣性。在深海等海洋棲息地，表層沉積物中的微生物會隨著洋流擴(kuò)散。生物灌溉受大型底棲生物和近底洋流活動的影響，導(dǎo)致顆粒分散，從而導(dǎo)致微生物擴(kuò)散。影響微生物擴(kuò)散的障礙可能是物理(地形)或其他條件(溫度、酸堿度或靜水壓力)，深海微生物地理模型取決于微生物擴(kuò)散的能力。限制微生物傳播的一個可能因素是鯨脊。我們調(diào)查了南大西洋東部三大盆地的細(xì)菌群落，以研究深海表層沉積物中細(xì)菌群落的多樣性和生物地理學(xué)。在南大西洋的東部，由開普盆

2、地與安哥拉和幾內(nèi)亞盆地之間的鯨脊形成的屏障阻擋了水下約3000米處的南北水流。開普盆地受來自南極的環(huán)極深水控制，安哥拉和幾內(nèi)亞盆地的最深處充滿了來自北極的北大西洋深水。值得注意的是，鯨脊已被證明在一些有袋動物目中用作甲殼類動物傳播的屏障，但不知道這種物理屏障是否也影響微生物的傳播。材料和方法，16S rRNA基因克隆文庫的構(gòu)建：表面沉積物取樣(0-2厘米)，用土壤快速脫氧核糖核酸自旋試劑盒提取總脫氧核糖核酸，聚合酶鏈反應(yīng)擴(kuò)增(引物對GM3/GM4)，用聚合酶鏈反應(yīng)純化試劑盒(引物M13 F和M13 R)純化連接轉(zhuǎn)化，用TOPO TA克隆試劑盒測序，系統(tǒng)發(fā)育分析和序列分析，并將序列引入ARB軟件

3、包。將統(tǒng)計(jì)工具LIBSHUFF應(yīng)用于遺傳距離模型，以確定文庫組成的差異是由于偶然的還是生物的影響，并通過蒙特卡羅排列進(jìn)行評估在16S rRNA基因的全長序列中使用統(tǒng)計(jì)工具SONS來估計(jì)豐度。末端限制性片段長度多態(tài)性，末端限制性片段長度多態(tài)性分析包括三至五個表層沉積物樣品(0-2厘米)，位于每個區(qū)域的幾個核心，如佛得角、安哥拉和幾內(nèi)亞-(圖1，表2)。統(tǒng)計(jì)分析、非度量多維標(biāo)度(NMDS)和相似性(方差分析)被應(yīng)用于過去程序。簡單和部分Mantel檢驗(yàn)用于確定遺傳、空間和環(huán)境距離模型之間的顯著性和相關(guān)系數(shù)。地理距離和環(huán)境差異(溫度、鹽度、酸堿度、總有機(jī)碳、葉綠素a和顆粒大小，表1)都用來解釋遺傳差

4、異。確定基因之間關(guān)系的強(qiáng)度和地理距離的線性模型。結(jié)果和討論：南大西洋沉積物中的細(xì)菌生物量和豐富度以及16S rRNA基因文庫高度多樣，有多達(dá)20個不同類別的開普盆地以及安哥拉和幾內(nèi)亞盆地的17個門(圖1)。在上述深海和淺海沉積物中發(fā)現(xiàn)了大量的多樣性，這可能與弱而平衡的競爭有關(guān)。在序列同源性為98的基礎(chǔ)上，結(jié)合總豐度估計(jì)值(表2)和稀疏度曲線(補(bǔ)充圖S1)，得出以下結(jié)論：開普、安哥拉和幾內(nèi)亞盆地的表層沉積物含有相同的細(xì)菌豐度，顯著水平為0.05。分析和預(yù)測表明，南大西洋沉積物中細(xì)菌的豐度低于南極沉積物，但高于北極沉積物。16S核糖體RNA基因的細(xì)菌多樣性，深海沉積物中的細(xì)菌群落主要是一些變形菌，

5、分別占佛得角、安哥拉和幾內(nèi)亞盆地所有序列的64、58和63。有39個菌株，都是已知的物種。這些細(xì)菌主要是嗜冷微生物。以-氨基丁酸菌為例，共有77個菌株，大部分來自栽培品種。在這些群體中，有些細(xì)菌的16S rRNA基因序列僅來自其他深?；蛴谰煤涞暮Ｑ笊场?、-和變形菌變形菌占文庫中所有序列的1823。其他物種的序列豐度超過5(圖2)。與細(xì)菌多樣性相比，該盆地目前的物種類型主要屬于-變形菌、-變形菌和氯氟菌。氯氟烴主要集中在安哥拉和幾內(nèi)亞盆地的沉積物中。-利舒夫分析顯示，安哥拉和幾內(nèi)亞盆地與開普和幾內(nèi)亞盆地之間沒有顯著差異(使用的最小P值為0.0012)。因此，常見的物種類型在這些盆地的群落中

6、占主導(dǎo)地位。安哥拉和開普盆地的細(xì)菌群落有顯著差異(利舒夫檢驗(yàn)，P=0.008)，其中黃桿菌的RFLP圖譜有顯著差異(圖5b)。這些差異與開普盆地的葉綠素a含量和不同的沉積物粒度有關(guān)，表明環(huán)境因素似乎影響了南大西洋東部深海沉積物中的細(xì)菌群落。然而，有必要在此分析中考慮空間參數(shù)，以增強(qiáng)我們對社區(qū)變化的環(huán)境或空間影響的解釋。生物地理學(xué)：環(huán)境和歷史因素。南大西洋東部約3000米深處的鯨脊將開普盆地與安哥拉和幾內(nèi)亞盆地分開，并在這些盆地中形成不同的深水區(qū)。根據(jù)16S rRNA基因庫和RFLP分析，微生物的擴(kuò)散可能不受鯨脊或不同水團(tuán)的影響。根據(jù)南大西洋和太平洋、南極洋和北冰洋(補(bǔ)充表S1)海洋沉積物中常見

7、的物種類型，一些微生物被有效地分散在很遠(yuǎn)的地方，因此它們分布在全世界。為了獲得更多的空間結(jié)構(gòu)信息，我們分析了遺傳多樣性與地理距離之間的相對關(guān)系?；诰嚯x衰減關(guān)系的16S rRNA基因和TRFs表明南大西洋和所有其他站點(diǎn)都很低(0.0030.07)(表3)，這表明這是由于大種群的高擴(kuò)散率和低滅絕率造成的。16S rRNA基因序列的曼特爾試驗(yàn)表明，環(huán)境和地理(r=0.008，P=0.006和r=0.024，P=0.001)對南大西洋的細(xì)菌多樣性有影響。0-1200公里處的RFLP分析表明，環(huán)境和地理都有影響(環(huán)境r=0.636，p0.001，地理r=0.651，P0.001)(表2)(圖6b)。然而，在中間距離(12003500公里)，環(huán)境因素的影響比任何地理因素都大(r=0.278，P=0.009)。雖然有些類群在深海沉積物中具有較高的擴(kuò)散速率，但通過對T-RFLP和16S rRNA的分析表明，深海微生物的擴(kuò)散存在障礙。我們的研究表明，環(huán)境和地理的影響有利于大規(guī)模，如土壤微生物群落(F