《Ecological Genetics and Genomics》：eDNA metabarcoding reveals halophilic and halotolerant bacterial assemblages in the salt flats of the northern Red Sea coast
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盐碱地微生物群落结构及驱动因素研究：基于环境DNA的16S rRNA基因测序分析NEOM红海沿岸30个内陆与海岸盐湖样本，发现细菌多样性受土壤质地（砂/粘粒比例）和盐度梯度显著影响，优势类群包括假单胞菌门（Pseudomonadota）和芽孢杆菌门（Bacillota），揭示极端干旱-高盐环境下微生物适应性进化机制。
Jayanath Gopi | Thadickal V. Joydas | Paravanparambil R. Jayachandran | Seerangan Manokaran | Sowmya P. Mohandas | Sajan C. Raju | Syed A. Hussain | Mohamed O. Abouelresh | Sudhanshu Dixit | Muhammed Rafeeq | Mohamed Asharaf T.T. | Karuppasamy P. Manikandan | Sharif Hala | Bruno Pulido
应用环境与海洋研究中心，沙特阿拉伯法赫德国王石油与矿业大学研究与创新部，邮政信箱1995号，达兰31261
摘要
位于沙特阿拉伯东北部新城市（NEOM）北部红海沿岸的盐滩（阿拉伯语称为“sabkhas”）是具有生态重要性的干旱生态系统，却也极易受到威胁。这些环境中孕育着独特的微生物多样性。然而，由于盐度变化和人为压力，这些微生物群落结构正在发生改变。尽管盐滩具有重要的生态价值，但利用分子生物学方法对其细菌多样性进行的研究仍然十分有限。本研究采用环境DNA（eDNA）宏条形码技术，对来自内陆和沿海地区的30个盐滩土壤样本中的细菌群落多样性和组成进行了分析。高通量测序产生了285,900条高质量读段，鉴定出363个操作分类单元（OTUs），涵盖219个属、49个科、34个目和8个门。其中，嗜盐菌和耐盐菌类（如Halomonas、Caldalkalibacillus、Klebsiella和Vibrio）占主导地位。最丰富的门类是假单胞菌门（Pseudomonadota）和杆菌门（Bacillota）。内陆盐滩的微生物群落种类较少但高度特化，而沿海盐滩则拥有更多样化的微生物组合，包括与海洋相关的属。α多样性和β多样性指标表现出空间差异，多变量分析表明土壤质地是影响群落结构的关键因素。这些发现为了解NEOM盐滩的细菌群落提供了首个分子层面的认识，为长期生态监测奠定了基础。研究结果支持基于证据的保护和可持续发展策略，并强调了基于eDNA的监测技术在应对环境变化中的重要作用。
引言
新城市（NEOM）是沙特阿拉伯塔布克省的一项雄心勃勃的区域发展项目，位于红海北部、亚喀巴湾附近。除了其战略和经济目标外，该地区还拥有具有重要生态和地质价值的盐滩。“Sabkha”（阿拉伯语中指盐滩或沙滩）是典型存在于炎热干旱和半干旱地区的地貌特征。这些地区的土壤颗粒中等到细，形成于强烈的蒸发条件下，并受到气候和水文条件的共同影响[1]。盐滩土壤通常松散、透水且多孔，质地从沙质到粘土质不等[2]。根据起源不同，盐滩土壤可分为内陆盐滩（大陆盐滩）和沿海盐滩。内陆盐滩远离海岸线，由大陆来源的沉积物或再沉积的古老海洋沉积物组成；而沿海盐滩则通过潮汐作用形成的海洋沉积物积累而成[3]。沙特阿拉伯的盐滩生态系统具有极端的盐度、干旱性和不稳定的物理化学条件，只有具备特殊适应能力的生物才能在此生存[4]。因此，盐滩可以被视为研究在极端环境因素（如极高盐度、极端pH值和独特土壤质地）下微生物群落形成的天然实验室[5]。盐滩土壤中栖息着多样的微生物群落，在养分循环、碳封存和有机物分解中发挥着关键作用[6]。了解这些系统中的细菌多样性对于评估生态系统健康状况至关重要，尤其是在红海北部沿海地区面临日益加剧的城市化和人类活动压力时。[7]环境DNA（eDNA）宏条形码技术作为一种无需培养的强大工具，能够直接从环境样本中检测出多种微生物[7]。该方法包括提取DNA，使用16S rRNA基因等通用遗传标记扩增目标区域，然后通过高通量测序来分析整个微生物群落[8][9]。由于16S rRNA基因的进化保守性，它已成为研究原核生物多样性的标准标记[10]。eDNA宏条形码技术不仅能检测到常见且易于培养的微生物，还能揭示传统方法常忽略的稀有、生长缓慢或未知的微生物谱系[11]。NEOM盐滩独特的环境条件使其成为评估生态恢复力和环境变化的重要指标[12]。我们之前的研究使用18S rRNA基eDNA宏条形码技术研究了NEOM盐滩中的微真核生物多样性[13]，但原核生物群落的多样性和组成在分子层面仍大多未被探索，尤其是在红海北部沿海地区的盐滩中[14][15][16][17]。与全球众多类似高盐度生态系统的独立培养研究相比[14][15][16][17]，阿拉伯盐滩很少采用eDNA或宏基因组学方法进行研究，这凸显了本研究的创新性和生态意义。为此，本研究利用16S rRNA基因的eDNA宏条形码技术来研究NEOM盐滩中原核生物（尤其是细菌）的多样性和群落组成。这些基础微生物数据有助于监测人类活动或自然干扰引起的生态变化，对长期环境监测至关重要。研究区域与采样
研究范围涵盖了沙特阿拉伯西北部NEOM地区的沿海和内陆盐滩。共采集了30个土壤样本，来自四个具有代表性的盐滩地点：一个内陆盐滩（Inland Gayal，IG）和三个沿海盐滩（Coastal Gayal-CG、潮间带IA和NEOM Bay-NB）。这些地点的选择基于地形和环境差异（见图1和补充表1）。每个地点随机选取了多个采样点。
环境因素
四个研究地点的盐滩土壤在质地和化学成分上存在显著差异。粗砂含量范围为0.0%至8.1%，中砂含量为1.3%至22.7%，细砂含量为3.7%至29.4%，极细砂含量为5.9%至37.0%；粉砂含量在7.7%至39.1%之间，粘土含量则在13.1%至76.4%之间。所有地点的土壤pH值均呈碱性，范围为8.21至9.48；电导率（盐度）值介于8.3至40.8 mS/cm之间。讨论
NEOM地区的盐滩土壤中栖息的细菌群落以高度适应极端盐度和碱性的嗜盐菌和耐盐菌为主，这反映了极端盐度、碱性和干旱性的综合影响。所有地点的优势菌类主要属于假单胞菌门（Pseudomonadota，原属于变形菌门Proteobacteria）和杆菌门（Bacillota，属于厚壁菌门Firmicutes），还有放线菌门（Actinomycetota）的贡献[8]。这种分类组成在全球高盐度沙漠环境中都很常见。结论
基于16S rRNA基因的eDNA宏条形码分析显示，NEOM盐滩中的细菌群落具有很强的适应性，以嗜盐和耐盐的假单胞菌及厚壁菌为主，它们具备适应高盐度和碱性的能力。土壤盐度、pH值和质地是影响群落结构的主要因素，这些因素导致了内陆盐滩和沿海盐滩之间的差异，同时在不同地点保持了核心微生物组的稳定性[9]。作者贡献声明
Sajan C. Raju：撰写、审稿与编辑、数据分析。Syed A. Hussain：撰写、审稿与编辑、数据分析。Seerangan Manokaran：撰写、审稿与编辑、数据分析。Sowmya P. Mohandas：撰写、审稿与编辑、数据分析。Mohamed O. Abouelresh：撰写、审稿与编辑、数据分析。Sudhanshu Dixit：撰写、审稿与编辑。Muhammed Rafeeq：撰写、审稿与编辑、数据分析。Sharif Hala：声明
本文未涉及任何涉及人类参与者或动物的研究。利益冲突
作者声明本研究的发表不存在任何利益冲突。资助
本研究由ARCEMS（沙特阿拉伯法赫德国王石油与矿业大学）在“NEOM地区沿海和内陆盐滩评估与特征分析”项目（项目编号：KFUPM CEM02753）的支持下完成，该项目得到了沙特阿拉伯NEOM政府的资助，属于环境基线调查计划的一部分。利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。致谢
我们感谢沙特阿拉伯法赫德国王石油与矿业大学应用环境与海洋研究中心（ARCEMS）以及NEOM环境部门提供的研究设施和后勤支持。同时感谢沙特阿拉伯图瓦尔的KAUST研究和技术园区（NoorDX）在eDNA测序和初步数据处理方面的协助。
