二代16S/18S/ITS测序是通过提取环境样品的DNA，选择合适的通用引物扩增16S/18S/ITS的目标区域，通过高通量测序技术对目标区域进行测序，检测目标区域的序列变异和丰度，以研究环境微生物多样性及群落组成差异。

16S rDNA测序: 16SrDNA为编码原核生物核糖体小亚基rRNA的DNA序列，具有10个保守区和9个高变区，保守区反映生物物种间的亲缘关系，高变区反映物种间的差异。对16S rDNA某个高变区进行测序，用于研究环境微生物中的群落结构多样性。

18S rDNA测序: 18S rDNA为编码真核生物核糖体小亚基rRNA的DNA序列，18S rDNA也包含可变区和保守区。对18S rDNA某个高变区进行测序，用于研究环境微生物中真核微生物的群落多样性。

ITS测序: ITS分为两个区域ITS1和ITS2，ITS1位于真核生物rDNA序列18S和5.8S之间，ITS2位于真核生物 rDNA序列5.8S和28S之间。对ITS1或ITS2进行测序，用于研究环境微生物中真菌群落结构多样性。

海洋沉积物中的微生物群落控制生态过程，影响养分供应和土壤化学特性。海洋环境是地球上最具生产力的生态系统之一，但是人为影响对于海岸生态多样性产生明显影响，导致微生物群落功能转变和人类健康风险因素。然而，海洋沉积微生物群落的分类多样性及其在全球范围内的空间分布一直没有得到深入的调查和研究。

材料：来自全球分布的40个不同地点，共299个沉积物岩芯样品

方法：16S rRNA测序及多样性分析

缺氧海底沉积物中古菌群落的分类学组成与含氧海底沉积物中的古菌群落区系组成不同。古菌测序结果展示235个沉积物样本的古菌群落组成，Crenarchaeota的成员分布最为广泛。研究发现证实了引物覆盖范围会影响表观的物种群落组成。先前的研究和本研究的结果表明，在海底沉积物中细菌的丰度高于古菌，且占主导地位。与古菌群落类似，缺氧沉积物中的细菌群落与含氧沉积物中的细菌群落存在很大差异。

图1 海洋沉积微生物群落的物种区系组成

为了评估海洋沉积微生物群落与其他主要环境中微生物群落的关系，作者将海洋沉积物通用引物与使用相同通用引物的引物进行微生物群落分析的海水和表层土壤的已发表序列进行了比较。本研究中这三种生态环境的微生物群落中的细菌和古菌群落组成明显不同。变形杆菌在表层土壤和海洋中占据优势。此外，海洋沉积微生物构成了一个独特的生物群落。ASV组成的样品间相似性表明这三个生物群落中的群落不同，海洋沉积物中样品间的多样性更高。与其他环境相比，这种高多样性可能反映了海洋沉积物栖息地条件的剧烈变化。

图2 比较海洋沉积物、海水和表层土壤的微生物群落组成

为了了解哪些环境因素在全球范围内和广泛的沉积物深度范围内限制了微生物群落组成，作者对群落组成和各种环境特性进行了非度量多维尺度分析（NMDS）。NMDA排序结果结果表明沉积物深度可能与群落组成独立相关。这种关系可能是由于随着沉积物深度的增加，营养物质和能量基质的可用性降低。

为了检查地理距离和沉积物岩性与微生物群落组成之间的相关性，作者对每个站点的群落组合进行了Mantel测试。地理距离与群落组成之间的正相关性相对较弱，沉积物岩性与群落组成密切相关。这种强相关性可能是由于沉积物来源和沉积速率不同而导致的不同沉积岩性中有机物的数量和组成不同所致。对于单个沉积物样品，沉积速率和沉积物年龄也可能是群落组成的重要决定因素。

图3 海洋沉积物微生物群落的β多样性

为了确定共现模式，作者基于使用通用引物获得的ASV的Spearman相关性进行了网络分析。共生网络分析表明，海洋沉积物微生物群落组成受沉积物中氧化还原态和电子供体的影响。该分析结果还表明，海底沉积微生物彼此相互作用，以有效利用这种极端环境中可用的有限基质。

图4 共存的ASV网络分析

估计每个样品的分类学丰富度发现，细菌ASV和古菌ASV丰富度都随着缺氧沉积物深度的增加而降低。但是，在含氧沉积物中，细菌的丰富度通常随深度的增加而降低，而古菌的丰富度在整个沉积物柱中都保持相对恒定。细菌丰富度比古菌丰富度高10倍，缺氧沉积物也比含氧沉积物高，这可能是因为富含有机物的缺氧沉积物通常比缺乏有机物的含氧沉积物具有更高的微生物丰度。

图5 含氧海洋沉积物和缺氧海洋沉积物中微生物丰富度的深度分布

作者使用了三组16SrRNA基因序列文库（古菌，细菌和Universal）来估计海洋沉积物中ASV的数量。为了确保结果可信性，作者同时利用五种SAR方法估计了其他生境中古菌和细菌多样性，结果发现测序深度和是否去除污染物对使用SAR方法估计多样性差别不大。

本研究调查了来自全球分布的40个不同地点299个沉积物岩芯样品。通过高通量测序共获得超过4700万条16S rRNA基因序列。统计分析表明，物种分类组成、沉积有机碳浓度和溶解氧之间存在显著的相关性。物种-区域拟合关系模型表明海洋沉积物中微生物的丰度大小可以与表层土壤和海水的物种丰富度相媲美。

Hoshino T, Doi H, Uramoto G I, et al. Global diversity of microbial communities in marine sediment[J]. Proceedings of the national academy of sciences, 2020.