冰川退缩（glacial deglaciation）也称冰川消退，指由于全球气候逐渐变暖等因素，冰川的面积和体积都出现明显的减少，甚至消失的现象。冰川融化为新的生态系统的发展提供了场所，并且微生物演替推动了植物定植的有机物质的积累。Chhota Shigri冰川就是一个急剧退缩的冰川，为微生物演替研究提供了理想的场所。本研究通过扩增子和Nanopore宏基因组测序的方法，研究了冰川前缘从冰川口向成熟植被前缘演变过程中的微生物群落及其功能性状的变化。

文章标题：Western Himalayas快速退缩冰川的微生物群落动态突出了微生物在初级演替、养分循环和外来生物降解中的重要性

发表期刊：Ecological Indicators（IF=6.263）

发表时间：2022.10.10

1. 样品采集和理化分析

从冰川口附近到有植被的前缘地点，8个地点共收集了24个土壤样本；

土壤样品的pH和电导率；总有机C和总N；(铅(Pb)、钾(K)、铜(Cu)、铁(Fe)、锌(Zn)、钙(Ca)、磷(P))元素含量检测。

2. DNA提取和文库制备、测序

16S rRNA基因V3-V4区扩增，Illumina HiSeq 2500平台；

DNA提取，Nanopore MinION平台。

3. 生物信息学分析

1. 冰川前缘微生物分类及α和β多样性分析

序列的分类结果显示可分为38个门，其中10个门（变形菌门、放线菌门、拟杆菌门等）的相对丰度≥1%，占整个冰川前缘总门的93.6%(图1)。微生物α多样性指数在前缘各站点均呈相似趋势，在靠近冰川终点的细菌丰富度更高，Shannon和Simpson指数也具有相似的趋势(图2)。细菌的β多样性也在整个冰川前缘地点发生了变化。Actinomyces 和Acidobacteria在整个前缘的丰度增加，而patescibacterium、Gemmatimonadota、Proteobacteria和Bacteroidota等的丰度在整个前缘位点下降(图3)。典型对应分析表明，测量的生理参数解释了门的相对丰度在前缘梯度的大部分变化(图4)。

图1. 基于16S rRNA基因序列的Chhota Shigri冰川前缘微生物群落组成

图2. Chhota Shigri冰川前田土壤样品的Alpha多样性指数

图3. 冰川前缘站点个体丰富菌门相对丰度的变化

图4. 典型对应分析

2. 全基因组宏基因组分析评价微生物功能潜力

在冰川宏基因组中观察到C代谢和循环的核心基因/蛋白质。参与光系统I和光系统II的基因/蛋白质在远离终点的土壤样品中更为普遍。此外，在原核生物中有助于甲烷代谢和碳固定途径的基因在两个宏基因组样本中同样普遍存在。同时都含有与有机氮代谢和循环利用有关的基因，例如，参与硝酸盐异化还原的基因。

此外，参与同化硝酸盐还原的基因(nasA, nasB)在两个宏基因组样本中都存在。反硝化途径基因(nirK, norB, norC, nosZ)在远离冰川的部位普遍存在。参与氮代谢的KEGG通路如图5所示。对于硫代谢，在两个宏基因组样本中都存在硫酸盐同化还原相关的基因，而硫酸盐异化还原相关的基因均不存在。

图5. Chhota Shigri 前缘土壤宏基因组氮循环重建

本研究从喜马拉雅山脉西部一个快速退缩的冰川前缘研究了微生物群落动态。在发展中的前缘土壤中细菌群落呈递变梯度。在靠近冰川末端的位置，微生物群落比远离冰川末端的位置更丰富，而丰富度和多样性主要受土壤温度和PH的影响。Chhota Shigri前缘发现了参与C、N和S循环的微生物基因，表明前缘贫瘠土壤的微生物活动有助于营养循环，并为植物定植启动有机物的积累。本研究提供了喜马拉雅西北部快速退缩冰川微生物群落组成、递变梯度及其功能属性的全面认识。