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古生菌
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古生菌/2015/文章

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体积 2015 |文章的ID 646820 | https://doi.org/10.1155/2015/646820

Yendi E. Navarro-Noya, César Valenzuela-Encinas, Alonso Sandoval-Yuriar, Norma G. Jiménez-Bueno, Rodolfo Marsch, Luc Dendooven， ＂异质性高盐碱土壤中的古菌群落"，古生菌， 卷。2015， 文章的ID646820， 11 页面， 2015． https://doi.org/10.1155/2015/646820

异质性高盐碱土壤中的古菌群落

Yendi大肠Navarro-Noya，1 塞萨尔Valenzuela-Encinas，2 阿隆索Sandoval-Yuriar，2 诺玛·g·Jimenez-Bueno，2 Rodolfo Marsch，2 和 Luc Dendooven2

1Cátedras CONACYT, Centro de Investigación en Ciencias Biológicas, Universidad Autónoma de Tlaxcala, Km. 10.5 Autopista Tlaxcala- texmelucan, 90120 San Felipe Ixtacuixtla, TLAX，墨西哥

2土壤生态学实验室，ABACUS, Cinvestav, Avenida Instituto Politécnico Nacional 2508,07360墨西哥城，DF，墨西哥

学术编辑器:安东尼奥Ventosa
收到了 2015年2月01
接受 2015年4月15日
发表 2015年5月13日

摘要

以墨西哥Texcoco湖为研究对象，研究了电解电导率(EC)在0.7 ~ 157.2 dS/m、pH值在8.5 ~ 10.5之间的极端盐碱土壤中的古菌群落。在0.7 dS/m pH 8.5的土壤中，太古菌群落alpha多样性值最低，且以少数中亲Candidatus系统类型为主Nitrososphaera．EC值在9.0 ~ 157.2 dS/m之间的土壤多样性和物种丰富度较高。高盐土壤中检测到的OTUs大部分为盐细菌科成员。在土壤中发现了新的盐细菌纲系统发育分支，且在pH值较高(10.5)的土壤中更丰富，表明该土壤中存在未知和未特征的古菌。在土壤中鉴定了13个不同的盐细菌科属，并且在不同的土壤中有不同的分布。Halobiforma，Halostagnicola，Haloterrigena,Natronomonas在所有土壤样品中都发现。产甲烷古菌仅存在于pH值在10.0 ~ 10.3之间的土壤中。回收的产甲烷古菌属于甲烷肉瘤目和甲烷微生物目。考虑系统发育信息(UniFrac距离)的古菌群落结构比较表明，pH值对群落具有明显的聚类作用。

1.介绍

世界大部分地区的自然或人为水生或陆地生境都存在高盐环境[1］.阿塔拉盐和海洋盐水系、盐沙漠、盐土、太阳盐土和以前的湖床都是它们的例子。培养和分子基础研究已被用于揭示高盐环境中细菌和古菌群落的多样性[2- - - - - -6］.在这种高盐生境中，古菌群落占微生物种群的主导地位[1，7］.在这种环境中鉴定出来的古细菌大多数属于盐细菌目[7］.

碱湖是异常高盐(达到饱和)的水生栖息地，同时具有极端的碱性ph值。已经对世界各地的几个碱湖进行了研究[8- - - - - -12］.从这些碱湖中分离出的新型古菌，加深了我们对多极端微生物(如嗜盐嗜碱菌)的生理学、生态学和分布的理解[13］.然而，它们在陆地上的同类，例如苏打沙漠，在很大程度上仍未被探索，我们对陆地古菌的了解仍然不足[7，14］.以往对高盐土壤中古菌的研究往往集中在一个盐度水平上[1，13，15］.因此，我们对盐度梯度如何影响古细菌多样性及其功能的理解是有限的。

前墨西哥Texcoco湖的土壤是由火山灰沉积形成的一个独特的极端盐碱陆地生态系统原位在新近被崩积物覆盖的湖泊环境中。泰科科湖覆盖了特诺奇蒂特兰阿兹特克城(今天的墨西哥城)周围50%的原始湖泊。这些湖泊自17世纪以来就干涸了，现在有一大片湖床暴露在沙漠化中[16］.自20世纪70年代初以来，已经安装了水力排水系统，并用废水灌溉土壤，以降低盐含量和pH值，使原来的湖床可以种植植物。人工排水加上原有湖床固有的变异性，形成了异质性土壤[16］.根据粮农组织土壤分类[17]，很强的盐渍土的电电导率(EC)为> 16 dS/m。EC为16.3 dS/m的土壤在其他研究中被描述为“极盐渍土壤”[18];德士可可土壤的EC可达100 dS/m, pH可高达10.5 [16］.对前德士可可湖土壤的培养研究已经产生了许多新的原核生物物种，即古菌Natronobacterium texcoconens 和Natronorubrum texcoconens 和细菌Texcoconibacillus texcoconensi ［19- - - - - -21］.Valenzuela-Encinas等人[22- - - - - -24]首先利用16S rRNA基因的克隆序列对细菌和古菌群落进行了研究。结果表明，在EC 159ds /m和pH 10.5的土壤中，95%以上的无性系属于广古菌门的盐细菌科[22]，而在EC 0.68 dS/m、pH为7.8的排水土壤中，克隆的古菌大部分为中嗜Crenarchaeota，未培养[24］.很少有研究描述残留湖泊中的微生物群落[25，26］.

以前的德士科科湖的土壤很可能含有更多具有独特特征的新古菌物种。然而，在这种环境下能在多大程度上发现新的古细菌物种还没有确定。本研究采用古细菌特异性引物结合分类和系统发育方法，研究并鉴定了前Texcoco湖不同EC (0.7 ~ 157.2 dS/m)和pH(8.5 ~ 10.5)土壤中古细菌的多样性格局。

2.材料和方法

2．1．场地描述和土壤取样

取样地点位于墨西哥墨西哥州以前的Texcoco湖(北纬19°29′46”，西经98°58′01”)，海拔2240 ma .a.s.l。年平均气温16°C，年平均降水量705毫米。在6个不同EC和ph的位置取样，每个位置0-10 cm土层取样5次，取样范围为3个20 m22013年8月，在一个小铁锹的区域。从每个区域采集的土壤分别汇集，得到18个土壤样品。土壤样本被装在冰封的黑色聚乙烯袋里送往实验室。18个样品在无菌条件下分别筛5mm。对土壤进行了表征，并将25 g亚样品在−20°C下保存不到三周，直到提取DNA。

测定土壤pH值为1:2 .5 Soil - h2O使用玻璃电极的悬浮物[27］.EC按饱和膏体法测定[28］.采用K氧化法测定土壤中总碳含量2Cr2O7捕获进化的CO2，然后用0.1 M HCl滴定[29］.总氮(TN)用凯氏定氮法测定[30.]，以及用比重计法测定的土壤粒径分布，如吉和波特所述[31］.持水能力(WHC)是在一个漏斗中测量饱和水分的土壤样品，并放置过夜(表1）.
土壤采样地点 电子商务一个
(dS /米)		 pH值 通车b 总N 总C 粒度分布
粘土 淤泥 沙子
(g / kg土壤)
TX_1 0．7 8．5 851 1．9 32.8 127 247 623
TX_2 9．0 10．3 1046 1．3 23.2 270 341 181
TX_3 84.8 10．5 1120 0．9 16．7 653 270 77
TX_4 139.1 10．3 850 0．9 22.6 332 216 462
TX_5 143.7 10．0 923 0．9 30．9 332 92 576
TX_6 157.2 10．2 747 1．4 46.7 478 131 391
电子商务:电解电导率;b持水能力。
表1
前Texcoco湖土壤的一些物理化学特征。

2．2．古菌16S rRNA基因的DNA分离及pcr扩增

根据制造商的说明，使用Power soil DNA Isolation Kit (MO BIO Laboratories, CA, USA)从土壤样品中提取宏基因组DNA。选择古菌16S rRNA的V1-V3区(约550 bp)进行扩增和后续焦磷酸测序。DNA样品用25f5 ' -CYG GTT GAT CCT GCC RG-3 ' [32]和A571R 5 ' -GCT ACG GNY SCT TTA RGC-3 ' [33］.每个核糖体引物的两侧都有一个454-适配器序列。在454适配器和前引物之间加入10个核苷酸标签，用于混合扩增文库的样品鉴定。每个土壤样品的PCR产物按照30个周期的方案扩增3个重复，汇集，并使用DNA清洁和浓缩柱(Zymo Research, Irvine, CA, USA)进行纯化。使用NanoDrop 2000 (Thermo Fisher Scientific Inc.， Suwanee, GA, USA)对每个库进行量化，并等量混合。由Macrogen公司(首尔，韩国)使用罗氏454 GS-FLX Titanium(罗氏454生命科学公司，Branford, CT，美国)进行单向测序。

2．3.焦磷酸测序读处理

通过QIIME焦磷酸测序流水线对序列进行质量、条形码排序和去噪处理(http://qiime.org/）.简单地说，小于250 nt，质量分数小于25，或在适配器和引物中包含错误被丢弃。条形码序列中允许有一处不匹配。读的去噪是用脚本完成的denoise_wrapper.py使用条形码分类库和标准流程图格式(SFF)文件作为输入[34］.序列可以在序列读取归档(SRA)中获得，登录号为SRP041362。

筛选的序列用于测定新创操作分类单元(OTUs)与脚本的截断率为97%pick_de_novo_otus.py．每个OTU选择一个具有代表性的序列，使用ChimeraSlayer检测潜在的嵌合序列[35]，并从代表性序列数据集中删除。

２.４.基于分类和系统发育分析

分类任务由来自核糖体数据项目的naïve贝叶斯rRNA分类器完成(http://rdp.cme.msu.edu/classifier/classifier.jsp)和Greengenes参考数据库，置信度阈值为80% [36］.获得的生物观察矩阵(BIOM)表被精简到1200个reads，以避免取样-测序工作的差异导致多样性分析的偏倚(图S1)(参见补充材料在线http://dx.doi.org/10.1155/2015/646820）.多样性(Shannon、Simpson和系统发育多样性指数)和物种丰富度估计值Chao1是使用QIIME管道内的稀疏数据集，使用脚本alpha_rarefaction.py计算的。计算各样品的OTU和属分类学水平的相对丰度。没有正态分布的出现表中的变量进行对数变换。

绘制了土壤样品中otu存在的网络图。在二分图中，otu节点通过边与样本节点连接，otu节点和样本节点被指定为两种类型的节点。边权定义为给定OTU中的序列数。为了对网络中的OTUs和样本进行聚类，使用了Cytoscape 3.0.2版本中实现的随机弹簧嵌入算法[37］.

使用PyNast对具有代表性的序列数据集进行比对，序列一致性的最小百分比为75% [38］.无法对齐的序列已被删除。通过QIIME管道内的最大似然方法获得的进化距离构建自举邻居连接系统发生树[39］.系统发育信息也用于使用QIIME中的加权数据计算UniFrac距离矩阵。使用UniFrac成对距离矩阵进行聚类分析，使用未加权算术均值对组法(UPGMA)。单个UPGMA簇的稳健性确定是通过将稀疏UPGMA树与(完整或一致)树中的任意一棵进行比较，以获得树节点的叠刀支持。采用典型对应分析(Canonical Correspondence Analysis, CCA)方法总结了环境变量与观测到的物种组合之间的总体关系。CCA在R (素食主义者包(http://cran.r-project.org/web/packages/vegan/index.html）).

3.结果

对18个文库进行测序，得到75,727个V1-V3古菌16S rRNA原始序列，平均长度为486 nt。经过质量滤波、去噪和嵌合体检测，共1477个新创发现OTUs (3% cut-off)。在极端盐碱化和碱性土壤中，Chao1丰富度估算值、OTUs观测值、系统发育多样性、Shannon和Simpson指数等5个alpha多样性参数根据EC或pH值表现出不同的多样性和物种丰富度格局(图1)1）.在EC 0.7 dS/m和pH 8.5的极端环境条件下，土壤多样性最低。EC值为157.2 dS/m、pH值为10.2的土壤物种丰富度、系统发育多样性和异质性最高。Simpson指数测定表明，高盐度、高碱性土壤中古菌群落的均匀度相近。


图1
不同电导率和pH值下原Texcoco湖盐碱地古菌群落alpha多样性参数箱图

图中为不同分类等级土壤古菌群落的分类分布概况2．分类组合显示出重要的差异。在0.7 dS/m和pH 8.5土壤中，超过99%的OTUs属于Crenarchaeota门，而在其他土壤中只有0.005 ~ 10%。在盐度和碱度较高的土壤中，广古菌门占优势(69.8 ~ 97.9%)。在广古菌门中，鉴定出了盐细菌门、甲烷微生物门和热浆菌门，其中以盐细菌门最多(69.7-97.8%)。


图2
前德士科湖盐碱地古菌群落不同等级的分类分布土壤的电导率和pH值是不同的。

在较低的分类学水平上，共鉴定出9目12科28属。更详细的属分布总结见表2．相对丰度最大的是EC 0.7 dS/m和pH 8.5土壤(99%)和EC 84.8 dS/m和pH 10.5土壤(10%)。然而，不同的群体主导着它们。CandidatusNitrososphaera在EC 0.7 dS/m和pH 8.5的土壤中占优势，在84.8 dS/m和pH 10.5的土壤中占优势。只有部分属于盐细菌科的OTUs可以被划分为属水平，考虑到这些属，古细菌群落具有不同的分布(表1)2）.土壤中检出13种不同的盐细菌。OTUs超过0.5%的属为Halobiforma，halorhabus, Halostagnicola, Haloterrigena，钠球菌，和Natronomonas。产甲烷古菌仅存在于pH值在10.0 ~ 10.3之间的土壤中。
分类组 电解电导率(dS /米)
0．7 9．0 84.8 139.1 143.7 157.2
CandidatusNitrososphaera 99.09 (0.10)一个 0.13 (0.09) 0.08 (0.02) 0.14 (0.05) 0.04 (0.02) 0.01 (0.01)
Cenarchaeaceaeb 0 1.06 (0.60) 9.10 (4.48) 0.02 (0.01) 0.29 (0.14) 0.01 (0.01)
Cenarchaeum 0 0.01 (0.01) 0.05 (0.02) 0 0.01 (0.01) 0
Crenarchaeota MCGp GrfC26 0 0.08 (0.04) 0 0 0 0
Crenarchaeota MHVG 0 0.26 (0.18) 0.16 (0.12) 0 0.01 (0.01) 0
Halalkalicoccus 0 0.01 (0.00) 0 0 0 0
Halobacteriaceaeb 0.09 (0.04) 36.83 (4.79) 63.40 (10.57) 40.97 (10.54) 46.16 (11.30) 48.42 (1.66)
Halobacteriaceae XKL75 0 0.01 (0.01) 0.01 (0.01) 0.02 (0.02) 0 0.02 (0.02)
Halobacteriales MSP41 0 0 0 0.07 (0.04) 0.01 (0.01) 0.16 (0.06)
Halobiforma 0.01 (0.01) 3.17 (1.56) 0.43 (0.04) 8.39 (3.50) 6.23 (2.82) 2.58 (0.17)
Haloferax 0 0.18 (0.09) 0.01 (0.01) 0.02 (0.02) 0.03 (0.02) 0.03 (0.02)
Halogeometricum 0.01 (0.01) 0 0 0 0 0
Halorhabdus 0 0.40 (0.04) 0.43 (0.07) 0.51 (0.30) 0.83 (0.56) 2.44 (0.85)
Halorubrum 0 0.03 (0.03) 0.01 (0.01) 0 0.03 (0.02) 0.01 (0.01)
Halosimplex 0 0 0 0 0 0.01 (0.00)
Halostagnicola 0.02 (0.01) 5.41 (2.19) 0.13 (0.06) 3.14 (0.86) 2.90 (1.53) 1.73 (0.17)
Haloterrigena 0.01 (0.01) 4.11 (1.48) 0.40 (0.05) 9.77 (2.26) 6.72 (1.11) 8.68 (2.70)
Methanoculleus 0 0 0 0 0.01 (0.01) 0
Methanolobus 0 0.06 (0.04) 0 0.01 (0.01) 0 0
Methanomethylovorans 0 0 0 0 0.01 (0.01) 0
Methanosaeta 0 0 0 0.01 (0.01) 0.01 (0.01) 0
甲烷八叠球菌属 0 0.01 (0.01) 0 0 0 0
Methanospirillum 0 0 0 0.02 (0.02) 0.01 (0.01) 0
Natrialba 0 0.01 (0.01) 0 0.04 (0.03) 0 0.01 (0.01)
Natronococcus 0 19.90 (4.57) 0.68 (0.26) 16.38 (5.58) 20.40 (8.13) 15.87 (0.26)
Natronomonas 0.01 (0.01) 3.32 (0.80) 1.29 (0.16) 1.23 (0.52) 2.00 (0.67) 4.96 (1.00)
Natronorubrum 0 0 0.01 (0.01) 0 0 0.10 (0.10)
Nitrosopumilus 0 0.20 (0.13) 1.80 (0.86) 0 0.06 (0.04) 0
其他Cenarchaeaceaec 0 0.01 (0.01) 0.18 (0.07) 0 0.03 (0.03) 0
其他Halobacteriaceaec 0.01 (0.01) 11.37 (1.08) 1.28 (0.23) 15.94 (3.20) 11.76 (1.29) 11.27 (0.53)
Thermoplasmata E2 0.08 (0.05) 0.59 (0.30) 0.13 (0.09) 0.54 (0.08) 0.14 (0.12) 0.26 (0.16)
括号中的数字是标准错误。
bOTUs没有足够的序列信息来达到更深层次的分类分配。
c还没有分类的新群体。
表2
前Texcoco湖土壤古菌群落在属水平上的分类隶属度的相对丰度

在所有土壤样品中都发现了许多被检出的属，即念珠菌属亚硝基菌属，盐生菌属，盐生菌属，盐生菌属，以及thermoplasma的成员。Natronococcus，Halorhabdus Haloferax,在EC > 9.0 dS/m的土壤中发现Cenarchaeaceae家族成员(图3)3(一个)）.EC > 84.8 dS/m土壤中检出的属数为Natronorubrum， EC > 139.1 dS/mMethanolobus， EC > 143.7 dS/mMethanospirillum和Methanosaeta,HalosimplexEC为157.2 dS/m。在OTU级别上，网络分析还显示给定EC的OTU数量很低(图)3 (b)）.在这种分析中，边的长度是由otu的丰度加权的。EC为0.7 dS/m、pH为8.5、EC为9.0 dS/m、pH为10.0的土壤，其OTUs相对丰度较高，与其他土壤样品不同。的辣子鸡Halosimplex在EC为157.2 dS/m的土壤中发现，由于丰度较低，在网络分析中不明显。

(一)＂name=
(一)
(b)＂name=
(b)
图3
(a)分类群共现的维恩图(Venn diagrams)。(b) otu发生的网络图。otu节点(白色圆圈)通过边(线)连接到样本节点(大圆圈)，并在其中找到它们的序列。边权值(线的长度)定义为OTU中的序列数。

结合系统发育信息，比较考虑OTUs分布的古菌群落(图4)，折刀聚类分析鉴定出3类古菌群落:(1)EC 0.7 dS/m、pH 8.5的土壤;(ii)土壤pH值为10-10.3,dS/m为9.03-157.2;EC为84.8 dS/m, pH为10.5的土壤。考虑土壤特性的典型相关分析(图5)的土壤EC值分别为0.7、143和157.2 dS/m;EC值为9.03和139.1 dS/m的土壤;(iii) EC为84.8 dS/m的土壤。


图4
UPGMA对UniFrac加权距离的折刀聚类( )在不同电解质电导率和ph值的前Texcoco湖的碱性盐渍土壤中发现的古菌群落。该比例杆代表UniFrac在所有分析地点的0.4%的差异。

图5
典型相关分析考虑分类类群的百分比和8种土壤特征(粘土、沙土和淤泥)、pH、电解质电导率(EC)、持水能力(WHC)、全氮(TN)、在不同电导率和ph值的原Texcoco湖的碱性盐渍土壤中，总有机碳(TOC)和总有机碳(TOC)。绿色分类群是广古菌群成员。

4.讨论

研究了同一地区6种不同EC和pH (0.7 ~ 157.2 dS/m和8.5 ~ 10.5)土壤的古细菌多样性。系统发育分析表明，EC 0.7 dS/m和pH 8.5土壤中的古菌群落与中性和非盐渍化土壤中的古菌群落相似，即具有2 ~ 3个优势系统类型，属于中嗜Crenarchaeota [2- - - - - -4，40］.多样性和物种丰富度在该土壤中最低。值得注意的是，EC和pH值极高的土壤中古菌群落的alpha多样性最大。据报道，盐度随时间波动较大的环境显示出较大的古细菌多样性和物种丰富度[7］.这种现象在陆地生态系统中也可以观察到，如前Texcoco湖的土壤，它不是变化的，而是异质性的。

系统发育分析表明，EC 0.7 dS/m和pH 8.5土壤中的优势OTUs为念珠菌Nitrososphaera属于Crenarchaeotal类群1.1b或土壤Crenarchaeotal类群，这是一个与超嗜热菌远亲关系非常大的分支[40]，以及最近提出的Thaumarchaeota门[41］.1.1a和1.1b类群的Crenarchaeota被认为作为铵氧化剂在土壤和浮游海洋系统的氮循环中发挥重要作用[42］.

如预期的那样，在高盐碱性土壤中检测到的OTUs大部分属于盐细菌科(属于单系盐细菌纲)。盐细菌类在高盐环境中主导有机物降解[43］.属于盐细菌纲的嗜盐古菌的纯分离物目前包括38属[7]，考虑到嗜盐古菌是生理上不同的嗜盐古菌，本研究共检测到13属。分类学分类结果表明，原特士科湖土壤中最丰富的属为Natronococcus和Natronomonas。Natronococcus属是最早被描述的嗜盐嗜碱古菌之一[44]，为中等嗜盐物种，生长范围在1.5 ~ 5 [Na+M, 6.5-10 pH, 22-50°C [45］.

维恩图揭示了这一点Halobiforma、Halostagnicola Haloterrigena,和Natronomonas在所有土壤样品中都发现。这表明了两种可能性:(1)这些属具有在含盐量变化很大的土壤中生存的能力(2)和/或具有很大的扩散能力。在EC最低(0.7 dS/m)和9.0 dS/m的土壤中，古菌的独特多样性更为丰富，表明古菌群体适应了每种土壤的特定条件。亲盐碱性适应需要改变细胞内的成分，也就是说，特殊的蛋白质氨基酸组成，以维持溶解性、结构灵活性和酶功能所需的水分利用率[1，46，47］.这些特定的适应缩小了某些古生菌在不同环境条件下生长的能力。当然，在这项研究中确定的共享和独特的属包含了严格在盐碱条件下生长的亲盐物种。而EC 9.0 ~ 157.2 dS/m的土壤中有36.6% ~ 63.4%的OTUs属于盐细菌科成员，而不能属于属水平。系统发育分析(图S2)将OTUs置于培养物之间Halobacteria或它们代表了盐细菌科的深层系统发育分支。这表明在异质的极端盐碱土中存在着大量未开发的古菌种群。在其他古生菌生态学研究中也有同样的结果，这些研究中检索的OTUs在公共数据库中没有近亲[7，48］.资料库仍有可能偏向少数地理分布广泛且广为报导的优势物种[15，49，50］.宏基因组分析通常依赖于一个假设，即未发现的微生物将与已知的微生物有一定程度的相似性，从而产生对新系统类型的潜在偏见。仍然需要社区基因组学和新创结果表明，在EC 157.2 dS/m、pH 10.5的极端环境下，土壤的生物多样性明显优于EC 157.2 dS/m。新微生物的发现是推动宏基因组研究在世界许多栖息地的主要动力。以前的德士可可湖的土壤是一个有前途和特殊的生态系统。它有可能产生新的基因和物种，并可能成为新的生物分子的来源。

检索到的古菌序列为Methanolobus、Methanosaeta Methanomethylovorans和甲烷八叠球菌属(Methanosarcinales),Methanoculleus和Methanospirillum(Methanomicrobiales)。通过分子方法分离或检测的产甲烷古菌(16S rRNA和/或mcr基因序列分析)，从盐碱性环境包括属，例如，Methanobacterium, Methanocalculus, Methanoculleus, Methanolobus, Methanosalsum，和甲烷八叠球菌属［1，51- - - - - -54］.一些嗜碱产甲烷古菌的纯培养物可以生长到pH 10.2 [55]，而在碱湖沉积物中，在碱性pH值8至10.5范围内发现产甲烷活动[56］.总体而言，本研究中产甲烷古菌的分布较为限定，仅在pH为10.0 ~ 10.3的土壤中发现甲烷八叠球菌属仅在EC 9.0 dS/m、pH 10的土壤中有效。产甲烷古菌因其用于废水处理和最近的沼气生产而成为生物技术领域的重要研究对象[11］.然而，严格的厌氧生理限制了它们在盐碱环境中的隔离，如碱湖沉积物。由于产甲烷菌与其他厌氧菌(如硫酸盐和硫还原菌)争夺电子供体，以醋酸或氢为底物从碱湖沉积物中生产甲烷的反应器接种物显示出较低的产甲烷率[11，57］.前德士科湖土壤中的亲盐碱性古菌群落可能是分离这些古菌的良好来源。

不同土壤古菌群落的物种丰富度相似。然而，它们的丰度差别很大。考虑系统发育信息(UniFrac距离)的古菌群落结构比较通过pH而不是EC对群落进行聚类。以前有人认为，盐度波动规律的环境可能允许具有广泛耐盐性的古菌成员共存，即耐盐性、嗜盐性和非嗜盐性[7］.它们的分布可能由其他土壤特征决定，例如pH和/或WHC。在分类分布和土壤特征方面，克雷那古菌群和热浆体以及粒度分布对古菌群落进行了分离。直到最近，人们还认为古细菌生态仅限于极端环境。然而，新的分子工具已经揭示了古菌域隐藏的、广泛的和普遍的多样性。在比较广泛的环境梯度和生境类型时，假设“生境内的古菌群落比生境间的更相似”[2］.古菌域当然是普遍存在的，但是古菌已经发展出非常特殊的功能，这取决于它们所处环境的物理和化学特征。在同一陆域，pH值和EC值不同的古菌群极有可能参与了完全不同的生物地球化学过程。在非盐渍土壤中检测到较好识别的铵氧化菌(枝1.1b和Thaumarchaeota)，在盐渍和高盐渍土壤中发现了具有有机物循环能力的古菌(盐细菌目)。

5.结论

系统发育和分类分析表明:(1)EC值为9.0 ~ 157.2 dS/m的土壤中古菌多样性和物种丰富度高于EC值为0.7 dS/m的土壤;(ii)已鉴定的盐细菌科属一般具有亲盐碱性的代表(盐生球菌，盐生菌属，盐生菌属，盐生菌属，盐生菌属，钠生菌属，钠生菌属，钠生菌属）.(iii)在EC 9.0 ~ 157.2 dS/m的土壤中发现了新的盐细菌纲系统发育分支，表明在这些特征较差的高盐碱性土壤中存在未知和未鉴定的古菌。(iv)仅在pH为10.0-10.3的土壤中发现与产甲烷古菌相关的OTUs。(v)大部分在线旅行社是无所不在的，但其分布情况不同。(vi)考虑系统发育信息的古菌群落结构与ph值相关。(vii)古菌种群由土壤条件确定。

利益冲突

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

致谢

这项研究是由Cinvestav资助的。Yendi E. Navarro-Noya获得了国家科学协会Tecnología(CONACYT)、ABACUS和CONACYT的Norma G. Jiménez-Bueno。

补充材料

补充图1:用观察到的OTUs构建稀疏曲线，验证取样-测序效果(图S1)。电解质电导率为157.2 dS/m的土壤物种丰富度较大，电导率为0.7 dS/m的土壤物种丰富度较低。

补充图2:根据本研究发现的序列构建系统发育树，对古菌系统类型进行更详细的系统发育定位(图S2)。在Crenarchaeota门中，中亲Crenarchaeota(氨氧化枝)将0.7 dS/m土壤中的大部分OTUs归为一类。土壤中有一组丰富的OTUs与念珠菌密切相关Nitrososphaera gargensis最近被认为是陶姆古菌门。在0.7 dS/m和9.0 dS/m土壤中丰度较高的OTU 144代表了1.1b组或土壤Crenarchaeota的一个深分支。

在9.0 dS/m和139.1 dS/m土壤中均检测到一些属于盐细菌目的OTUs。一般而言，中等土壤中含量较高的OTUs与已知属、种的亲缘关系较近，例如:palida halorhabus tiamatea，钠球菌解淀粉而OTUs在157.2 dS/m土壤中更多地聚集在不同的大部分未知分枝中。

  1. 补充材料

参考文献

  1. a -Ş。安德烈，H. L. Banciu, A. Oren，“与盐一起生活:居住在盐生态系统中的古菌的代谢和系统发育多样性”，《微生物学字母号，第330卷。1，页1 - 9,2012。视图:出版商的网站|谷歌学者
  2. J.-C。奥古特，A. Barberan, E. O. Casamayor， <未培养的全球生态模式>古生菌”,ISME日报，第4卷，第4期。2，页182-190,2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
  3. S. T. Bates, D. Berg-Lyons, J. G. Caporaso, W. A. Walters, R. Knight，和N. Fierer，“研究土壤中占优势的古细菌种群的全球分布”，ISME日报，第5卷，第5期。5, pp. 908-917, 2011。视图:出版商的网站|谷歌学者
  4. D. K. Oline, S. K. Schmidt, M. C. Grant，“生物地理学和景观尺度的多样性占主导地位。Crenarchaeota的土壤。”微生物生态学号，第52卷。3，页480-490,2006。视图:出版商的网站|谷歌学者
  5. A. Oren，《嗜盐性的生物能量方面》微生物学与分子生物学评论，第63卷，第2期2，第334-348页，1999。视图:谷歌学者
  6. N. Oueriaghli, V. Béjar, E. Quesada，和F. Martínez-Checa，“分子生态学技术揭示了西班牙Rambla Salada海水环境中古菌群落多样性的时空变化”，微生物生态学第66期2, pp. 297-311, 2013。视图:出版商的网站|谷歌学者
  7. N. H. Youssef, K. N. Ashlock-Savage, M. S. Elshahed，“极端嗜盐生物成员的系统发育多样性和群落结构古生菌(订单Halobacteriales)，”应用与环境微生物学第78期5, pp. 1332-1344, 2012。视图:出版商的网站|谷歌学者
  8. C. P. Antony, D. Kumaresan, S. Hunger, H. L. Drake, J. C. Murrell, Y. S. Shouche，《Lonar湖和其他碱湖的微生物学》，ISME日报，第7卷，第5期3, pp. 468-476, 2013。视图:出版商的网站|谷歌学者
  9. W. D. Grant和S. hephy，“宏基因组学和从碱性盐环境中酶基因的恢复”，环境技术第31卷第1期10, pp. 1135-1143, 2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
  10. S. B. Humayoun, N. Bano，和J. T. Hollibaugh，《加州单体碱湖微生物多样性的深度分布》，应用与环境微生物学，第69卷，第2期2, pp. 1030-1042, 2003。视图:出版商的网站|谷歌学者
  11. V. Nolla-Ardèvol, M. omer, D. Y. Sorokin, A. Y. Merkel, H. E. Tegetmeyer，“中亚碱湖嗜盐产甲烷菌的活动和多样性”，生物技术杂志号，第161卷。2，页167-173,2012。视图:出版商的网站|谷歌学者
  12. D. Y. Sorokin和J. G. Kuenen，《来自苏打湖的化能岩养嗜盐生物》《微生物生态学号，第52卷。3，页287-295,2005。视图:出版商的网站|谷歌学者
  13. N. M. Mesbah和J. Wiegel，《多重极端条件下的生命:嗜盐嗜碱嗜热菌的多样性和生理学》，应用与环境微生物学第78期12, pp. 4074 - 4082,2012。视图:出版商的网站|谷歌学者
  14. B. E. Jones和W. D. Grant，“微生物多样性和碱性环境的生态学”，刊于不同微生物世界之旅，卷2的细胞起源与极端生境中的生命，页177-190，施普林格，Dordrecht，荷兰，2000。视图:出版商的网站|谷歌学者
  15. D.哦，K.波特，B. Russ, D. Burns，和M. Dyall-Smith，“多样性”Haloquadratum在三个地理位置遥远的澳大利亚盐结晶池中发现了其他盐古菌，”极端微生物第14卷第2期2，页161-169,2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
  16. L. Dendooven, R. J. Alcántara-Hernández, C. Valenzuela-Encinas, M. Luna-Guido, F. Perez-Guevara, R. Marsch，“极端碱性盐碱地碳和氮的动态:综述，”土壤生物学与生物化学，第42卷，第2期6，页865-877,2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
  17. 粮农组织，《盐渍土壤及其管理》，土壤通报39，粮农组织，意大利罗马，1988年。视图:谷歌学者
  18. 印度沿海土壤中酶活性和微生物生物量的研究土壤生物学与生物化学第39卷第3期11，页2840-2848,2007。视图:出版商的网站|谷歌学者
  19. E. Ruiz-Romero, m.d. l.a.Coutiño-Coutiño, C. Valenzuela-Encinas, m.p. López-Ramírez, R. Marsch和L. Dendooven，”Texcoconibacillus texcoconensisgen. nov.， sp. nov.，从前Texcoco湖(墨西哥)土壤分离的嗜碱和耐盐细菌，"国际系统与进化微生物学杂志，第63卷，第2期9, pp. 3336-3341, 2013。视图:出版商的网站|谷歌学者
  20. E. Ruiz-Romero, K. B. Sánchez-López, M. D. L. A. Coutiño-Coutiño et al，”Natronobacterium texcoconensesp. nov.，一种从以前的Texcoco湖(墨西哥)土壤中分离出来的亲盐碱性太古菌，”国际系统与进化微生物学杂志，第63卷，第2期11、Article ID 053629, pp. 4163-4166, 2013。视图:出版商的网站|谷歌学者
  21. E. Ruiz-Romero, C. Valenzuela-Encinas, m.p. López-Ramírez, m.de los Angeles Coutiño-Coutiño, R. Marsch和L. Dendooven，”Natronorubrum texcoconensesp. nov.，一种从以前的Texcoco湖(墨西哥)土壤中分离出来的亲盐碱性太古菌，”档案的微生物学第195卷第1期2, pp. 145-151, 2013。视图:出版商的网站|谷歌学者
  22. C. Valenzuela-Encinas, I. Neria-González, R. J. Alcántara-Hernández等，“前Texcoco湖(墨西哥)的碱盐土壤中古细菌群落的系统发育分析”，极端微生物，第12卷，第2期2，页247-254,2008。视图:出版商的网站|谷歌学者
  23. C. Valenzuela-Encinas, I. Neria-González, R. J. Alcántara-Hernández等，“洪水后前Texcoco湖(墨西哥)高碱性盐渍土壤细菌种群的变化”，极端微生物，第13卷，第2期4, pp. 609 - 62,2009。视图:出版商的网站|谷歌学者
  24. C. Valenzuela-Encinas, R. J. Alcántara-Hernández, I. Estrada-Alvarado, F. J. z . d。de la Serna, L. Dendooven，和R. Marsch，“前Texcoco湖(墨西哥)排水的碱性盐渍土壤中的古细菌多样性和种群”，地球微生物学杂志，第29卷，第2期1，第18-22页，2012。视图:出版商的网站|谷歌学者
  25. D. Alazard, C. Badillo, m - l。Fardeau等人，"Tindallia texcoconensissp. nov.，从墨西哥Texcoco湖分离的一种新的嗜盐碱性细菌，”极端微生物，第11卷，第5期。1，页33-39,2007。视图:出版商的网站|谷歌学者
  26. J. Jan-Roblero, X. Magos, C. Hernández-Rodríguez, S. Le Borgne，和L. Fernández，“墨西哥前Texcoco湖水域细菌种群的系统发育分析”，加拿大微生物学杂志，第50卷，第5期。12，页1049-1059,2004。视图:出版商的网站|谷歌学者
  27. g·w·托马斯的《土壤pH值和土壤酸度》土壤分析方法:化学方法第3部分， D. L. Sparks, Ed.， pp. 475-490，美国土壤科学学会股份有限公司，美国农学学会股份有限公司，麦迪逊，威斯康星州，1996。视图:谷歌学者
  28. 丹克和惠特尼，“土壤盐分的测量”，在中北部地区推荐的化学土壤测试程序， W. C. Dahnke, Ed.，第32-34页，北达科他州农业试验站公告499,Fargo, ND, USA, 1988。视图:谷歌学者
  29. M. Amato， "碳的测定12C和14C在植物和土壤中，土壤生物学与生物化学，第15卷，第5期。5，第611-612页，1983。视图:出版商的网站|谷歌学者
  30. J. M. Bremner的《总氮》土壤分析方法化学方法第3部分， D. L. Sparks, Ed.， pp. 1085-1122，美国土壤科学学会，美国农学学会，麦迪逊，美国，1996。视图:谷歌学者
  31. G. W. Gee和J. W. Bauder，《粒径分析》，刊于土壤分析方法，第1部分:物理和矿物学方法， A. Klute, Ed.， pp. 383-411，美国土壤科学学会，美国农学学会，Madison, wisconsin, 1986。视图:谷歌学者
  32. M. a . Dojka, P. Hugenholtz, S. K. Haack, N. R. Pace，“碳氢化合物和氯化溶剂污染的含水层内在生物修复中的微生物多样性”，应用与环境微生物学号，第64卷。10，第3869-3877页，1998。视图:谷歌学者
  33. G. C. Baker, J. J. Smith和D. A. Cowan，“域特异性16S引物的回顾和再分析”，微生物方法杂志，第55卷，第55期3，页541-555,2003。视图:出版商的网站|谷歌学者
  34. J. Reeder和R. Knight，“利用秩丰度分布快速去噪焦磷酸测序扩增子阅读”，自然方法，第7卷，第5期9，页668-669,2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
  35. B. J. Haas, D. Gevers, A. M. Earl等，“Sanger和454-pyrosequenced PCR扩增子中的嵌合16S rRNA序列形成和检测”，基因组研究第21卷第2期3, pp. 494-504, 2011。视图:出版商的网站|谷歌学者
  36. 王强，G. M. Garrity, J. M. Tiedje，和J. R. Cole，“Naïve贝叶斯分类器快速将rRNA序列分配到新的细菌分类中，”应用与环境微生物学，第73卷，第2期16，页5261-5267,2007。视图:出版商的网站|谷歌学者
  37. P. Shannon, a . Markiel, O. Ozier et al，“Cytoscape:生物分子相互作用网络集成模型的软件环境”，基因组研究，第13卷，第2期11，第2498-2504页，2003。视图:出版商的网站|谷歌学者
  38. J. G. Caporaso, K. Bittinger, F. D. Bushman, T. Z. DeSantis, G. L. Andersen，和R. Knight，“PyNAST:用于对齐序列到模板对齐的灵活工具，”生物信息学第26卷第2期2，页266-267,2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
  39. J. G. Caporaso, J. Kuczynski, J. Stombaugh等，“QIIME允许分析高通量社区测序数据，”自然方法，第7卷，第5期5，页335-336,2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
  40. T. Ochsenreiter, D. Selezi, A. Quaiser, L. Bonch-Osmolovskaya, and C. Schleper， "多样性和丰富的Crenarchaeota通过16S RNA调查和实时PCR研究了陆生栖息地的情况，”环境微生物学，第5卷，第5期。第9页，第7 - 7页，2003。视图:出版商的网站|谷歌学者
  41. C. Brochier-Armanet, B. Boussau, S. Gribaldo, and P. Forterre，“嗜中性”Crenarchaeota:关于第三个古生菌门的建议Thaumarchaeota”,自然评论微生物学，第6卷，第2期3，页245-252,2008。视图:出版商的网站|谷歌学者
  42. C. A. Francis, J. M. Beman, M. M. Kuypers，“氮循环的新过程和参与者:厌氧和古菌氨氧化的微生物生态”，ISME日报， vol. 1, no. 11，页19-27,2007。视图:出版商的网站|谷歌学者
  43. J. M. Gasol, E. O. Casamayor, I. Joint等，“高盐浮游环境中异养原核生物丰度和生长速率的控制”，水生微生物生态学第34卷第3期2，页193-206,2004。视图:出版商的网站|谷歌学者
  44. B. Tindall H. Ross和W. Grant，Natronobacterium11月,将军NatronococcusGen. nov.，两种新的嗜盐碱性古细菌属，”系统应用微生物学，第5卷，第5期。1，第41-57页，1984。视图:出版商的网站|谷歌学者
  45. K. J. Bowers和J. Wiegel，“极端嗜盐的温度和pH值最佳古生菌:一个原子力”,极端微生物，第15卷，第5期。2，页119-128,2011。视图:出版商的网站|谷歌学者
  46. A. Oren，《高盐浓度下的微生物生命:系统发育和代谢多样性》，盐水系统，第4卷，第4期。2008年第2条第1款。视图:出版商的网站|谷歌学者
  47. M. E. Rhodes, S. T. Fitz-Gibbon, a . Oren，和C. H. House，“以死海为重点的环境尺度上的盐度的氨基酸特征，”环境微生物学，第12卷，第2期9, pp. 2613-2623, 2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
  48. R. Mwirichia, S. Cousin, A. W. Muigai, H. I. Boga，和E. Stackebrandt，“肯尼亚Haloalkaline Elmenteita湖的古细菌多样性”，目前微生物学，第60卷，第2期1，页47-52,2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
  49. E. Pagaling, H. Wang, M. Venables et al.，“中国内蒙古6个盐湖和阿根廷一个盐湖的微生物生物地理学”，应用与环境微生物学，第75卷，第5期18, pp. 5750-5760, 2009。视图:出版商的网站|谷歌学者
  50. T. Sime-Ngando, S. Lucas, A. Robin等人，“塞内加尔雷特巴高盐湖病毒宿主系统的多样性”，环境微生物学，第13卷，第2期第8页，1956-1972,2011。视图:出版商的网站|谷歌学者
  51. C. P. Antony, J. C. Murrell, Y. S. Shouche，“产甲烷菌的分子多样性和鉴定Methanolobus作为活性甲基营养古生菌在Lonar火山口湖沉积物中《微生物生态学第81卷第1期1, pp. 43-51, 2012。视图:出版商的网站|谷歌学者
  52. N. M. Mesbah, S. H. Abou-El-Ela, J. Wiegel，“在埃及Wadi An Natrun的碱性、高盐湖泊的水和沉积物中，新颖的和意想不到的原核生物多样性，”微生物生态学第54卷第5期4，页598-617,2007。视图:出版商的网站|谷歌学者
  53. b . Ollivier >。Fardeau J.-L。卡约尔等人，"Methanocalculus halotoleransGen. nov.， sp. nov.，从油井隔离，”国际系统细菌学杂志，第48卷，第48期3, 1998。视图:出版商的网站|谷歌学者
  54. V. P. Surakasi, A. A. Wani, Y. S. Shouche, D. R. Ranade，“印度Lonar湖产甲烷富集培养物的系统发育分析:分离Methanocalculussp.和Methanoculleussp。”微生物生态学第54卷第5期4，第697-704页，2007。视图:出版商的网站|谷歌学者
  55. t.n. Zhilina, d.g. Zavarzina, v.v. Kevbrin，和t.v. Kolganova， "Methanocalculus natronophilus一种新的碱湖嗜碱氢营养产甲烷太古菌及其新家族的提出Methanocalculaceae”,微生物学，第82卷，第2期6, pp. 698-706, 2013。视图:出版商的网站|谷歌学者
  56. D. Y. Sorokin, B. Abbas, M. Geleijnse, N. V. Pimenov, M. V. Sukhacheva，和M. C. van Loosdrecht，“Kulunda草原(阿尔泰，俄罗斯)钠湖极端盐碱条件下的甲烷生成”，《微生物生态学第91卷第1期4、2015。视图:出版商的网站|谷歌学者
  57. t.n. Zhilina, d.g. Zavarzina, J. Kuever, A. M. Lysenko，和G. A. Zavarzin，”Desulfonatronum cooperativumSp. nov.，一种新型的氢营养、碱性、硫酸盐还原菌，来自于在醋酸盐上生长的共养培养，”国际系统与进化微生物学杂志，第55卷，第55期3，页1001-1006,2005。视图:出版商的网站|谷歌学者

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