地球科学进展

地球科学进展 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (3): 303 -314. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.024

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DNA测序技术在底栖有孔虫监测中的研究进展
宋静文1(), 李铁军1,2, 郭远明1,2, 乔玲1,2()   
  1. 1.浙江海洋大学 海洋与渔业研究所，浙江 舟山 316021
    2.浙江省海洋水产研究所，浙江省海洋渔业资源可持续利用技术研究重点实验室，浙江 舟山 316021
  • 收稿日期:2024-11-25 修回日期:2025-02-10 出版日期:2025-03-10
  • 通讯作者: 乔玲 E-mail:1836992389@qq.com;qiaoling1990123@126.com
  • 基金资助:
    浙江省海洋水产研究所科技计划项目(HYS-ZX-202410)

Review of DNA Sequencing Technology for Monitoring of Benthic Foraminifera

Jingwen SONG1(), Tiejun LI1,2, Yuanming GUO1,2, Ling QIAO1,2()   

  1. 1.Marine and Fisheries Research Institute, Zhejiang Ocean University, Zhoushan Zhejiang 316021, China
    2.Key Laboratory of Sustainable Utilization of Technology Research for Fishery Resource of Zhejiang Province, Zhejiang Marine Fisheries Research Institute, Zhoushan Zhejiang 316021, China
  • Received:2024-11-25 Revised:2025-02-10 Online:2025-03-10 Published:2025-05-07
  • Contact: Ling QIAO E-mail:1836992389@qq.com;qiaoling1990123@126.com
  • About author:SONG Jingwen, research areas include conservation and utilization of fishery resources. E-mail: 1836992389@qq.com
  • Supported by:
    the Science and Technology Project of Zhejiang Marine Fisheries Research Institute(HYS-ZX-202410)
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底栖有孔虫分布广泛、个体小、数量大、物种多样性高、生命周期短，在海洋沉积物中具有良好的保存潜力、并对环境变化具有较高的敏感性，是一种优良的海洋环境质量指示生物。传统的底栖有孔虫监测主要以形态学为主，该方法不仅费时费力，且难以发现一些个体小、丰度低的物种。基于DNA测序的调查方法以其高效、高灵敏度、环境友好等优势，为底栖有孔虫物种鉴定和群落多样性评估提供了新思路。综述了DNA测序技术在底栖有孔虫物种鉴定及分类、群落结构及多样性调查以及大型底栖有孔虫共生体研究等领域的研究进展；指出DNA测序技术在底栖有孔虫监测应用中存在缺乏标准化操作流程、参考数据库不完善、无法绝对定量底栖有孔虫丰度以及高估群落多样性等技术局限性。针对以上局限提出优化建议：制定一套规范统一的操作方案与流程、建立开放共享的底栖有孔虫参考数据库、与荧光定量PCR和eRNA测序技术结合等；未来还应加强基因测序技术的研发和创新，以充分挖掘DNA测序技术在底栖有孔虫监测中的应用潜力。

关键词: 单细胞测序, 物种鉴定, 环境DNA, 群落结构及多样性, 共生体

Benthic foraminifera are excellent indicators of marine environmental quality due to their wide distribution, small size and large abundance, high species diversity, short life cycle, good preservation potential in marine sediments, and high sensitivity to environmental changes. Traditional monitoring of benthic foraminifera is mainly based on morphology, but this process is time-consuming, labor-intensive, and makes it difficult to detect some species with small individuals and low abundance. The investigation method based on DNA sequencing, with its advantages of high efficiency, high sensitivity, and environmentally friendly, provides a new way to identify benthic foraminifera species and assess community diversity. This paper reviews the progress of DNA sequencing technology in species identification and classification, community structure and diversity investigation, and identification of symbionts in large benthic foraminifera. As there are some technical limitations of DNA sequencing in benthic foraminifera monitoring, such as lack of standardized operation process, imperfection of reference databases, impossibility of absolute quantification of benthic foraminifera abundance, and overestimation of community diversity, optimization can be achieved by formulating a standardized and unified operation process, establishing an open and shared benthic foraminifera reference database, and combining the method with fluorescence quantitative PCR and environmental RNA sequencing technology. In the future, development and innovation of gene sequencing technology should be strengthened to explore the potential of DNA sequencing technology in benthic foraminifera monitoring in a detailed manner.

Key words: Single-cell sequencing, Species identification, Environmental DNA, Community structure and diversity, Symbionts.

中图分类号: 

图1 底栖有孔虫监测关键步骤示意图（引自BioRender.com）
Fig. 1 Schematic diagram of key steps in benthic foraminifera monitoring （from BioRender.com）
表1 底栖有孔虫PCR扩增引物汇总表
Table 1 Summary of the PCR primers commonly used in the benthic foraminifera
引物名称序列（5’-3’）长度/bp类型特异性区域参考文献
s14F3ACGCAAGTGTGAAACTTG18正向引物底栖有孔虫核糖体小亚基［24-26］
s14F1AAGGGCACCACAAGAACGC19正向引物底栖有孔虫核糖体小亚基［11，24，27-28］
s17CGGTCACGTTCGTTGC16反向引物底栖有孔虫核糖体小亚基［11，25-26，28-29］
s15ROTEXGAAAGGACTAGCATATTTAAC21反向引物底栖有孔虫核糖体小亚基［30-31］
s15CCACСТATCACATAATCATG20反向引物底栖有孔虫核糖体小亚基［27，32］
sBTGATCCTTCTGCAGGTTCACCTAC24反向引物通用核糖体小亚基［11，29］
sBnewTGCCTTGTTCGACTTCTC18反向引物底栖有孔虫核糖体小亚基［24］
s10CACTGTGAACAAATCAG17正向引物底栖有孔虫核糖体小亚基［11，33］
s14RFCCTTCAAGTTTCACACТTGC20反向引物底栖有孔虫核糖体小亚基［11，33］
U20RlTGATGCCTTGTTACGACTTCTCTTTC26反向引物底栖有孔虫核糖体小亚基［34-35］
s21F1CCTTGTTACGACTTCTC16反向引物底栖有孔虫核糖体小亚基［11，22］
s15RGTGGTGCATGGCCGT15反向引物底栖有孔虫核糖体小亚基［11，22］
sA10CTCAAAGATTAAGCCATGCAAGTGG25正向引物底栖有孔虫核糖体小亚基［11，29］
s13GCAACAATGATTGTATAGGC20反向引物底栖有孔虫核糖体小亚基［11，29］
s6FCCGCGGTAATACCAGCTC18正向引物底栖有孔虫核糖体小亚基［11，29］
s20TTGTACACACCGCCCGTC18正向引物通用核糖体小亚基［11，22］
s4RFCGCCTGCTGCGTTCCTTAG19正向引物底栖有孔虫核糖体小亚基［11，22］
2TAICCTCACTCGAGCTGATGTG18反向引物底栖有孔虫核糖体大亚基［11，22］
L10CTGACGTGCAAATCGTT17正向引物通用核糖体大亚基［11，22］
2TACACATCAGCTCGAGTGAG18正向引物底栖有孔虫核糖体大亚基［11，22］
L7GATGAGTCATTACCACC17反向引物底栖有孔虫核糖体大亚基［11，22］
L1FACTCTCTCTTTCACTCC17反向引物底栖有孔虫核糖体大亚基［11，22］
L0GCTATCCTGAGAGAAACTTCG21反向引物底栖有孔虫核糖体大亚基［11，22］
L5TTCGCTGCGCATTACT16反向引物底栖有孔虫核糖体大亚基［11，22］
图2 底栖有孔虫rDNA序列中引物序列及扩增位置示意图［9，11，29，34］
Fig. 2 Schematic representation of the rDNA sequences of benthic foraminifera with the approximate position of amplification and sequencing primers［9，11，29，34］
表2 有孔虫物种注释的数据库
Table 2 Databases for taxonomic assignment of foraminifera species
数据库名称注释类群参考文献
PR2底栖有孔虫［25，36-37］
PTR2浮游有孔虫［38-39］
NCBI GenBank底栖有孔虫［26，33］
其他数据库底栖有孔虫［27，40-42］
表3 基于DNA测序和形态学方法鉴定的底栖有孔虫新物种
Table 3 Novel species of benthic foraminifera identified by DNA sequencing and morphological methods
物种名称扩增引物序列号采样区域参考文献
Flexammina islandicas14F3-sBnew和s14F1-sBnewKM097044~KM097065Vogar， the Reykjanes Peninsula， Iceland［44］
Bizarria bryiformiss14F3-s20R和s14F1-s20RLT854206~LT854219Clarion-Clipperton Zone［45］
Tendalia reteformiss14F3-s20R和s14F1-s20RLT576120，LT854200~LT854205Clarion-Clipperton Zone［45］
Shinkaiya contortas14F3-s20R和s14F1-s20RLT576124，LT854188~LT854190Clarion-Clipperton Zone［45］
Galatheammina interstinctas14F3-s20R和s14F1-s20R

LT576131和LT576137

LT854191~LT854194

Clarion-Clipperton Zone［45］
Semipsammina mattaeformiss14F3-s20R和s14F1-s20RLT576127，LT854195~LT854199Clarion-Clipperton Zone［45］
Syringammina limosas14F3-s17和s14F1-s17MG132666~MG132682the Sea of Okhotsk和the adjacent Pacific［46］
Cyrea szymborska

s14F3-sB和s14F1-sB

LSUf1-LSU11r和LSUf1-LSUr1

LN886773~LN886780St. Clair， France［47］
Abyssalia foliformiss14F3-s20R和s14F1-s20RMK748285~MK748287Clarion-Clipperton Zone， APEI-1［48］
Abyssalia sphaericas14F3-s20R和s14F1-s20RMK748288~MK748289Clarion-Clipperton Zone， APEI-4［48］
Moanammina semicirculariss14F3-s20R和s14F1-s20RMK748298~MK748302Clarion-Clipperton Zone， APEI-4［48］
Psammina tenuiss14F3-s20R和s14F1-s20RMK748294~MK748297Clarion-Clipperton Zone， APEI-1［48］
Carterina labineas14F3-s17R和s14F1-s17RON113913~ON113915Israel：Mediterranean Sea， Southeastern Levantine Shelf［49］
Gromia psammophilas12.2-s20R和s13.3-s20RMZ468160~MZ468165Falkland Islands［50］
Gromia sp.s12.2-s20R和s13.3-s20RMZ468155~MZ468157South Georgia［50］
Gromia landrethis12.2-s20R和s13.3-s20RMZ468176~MZ468187South Georgia［50］
Gromia amygdaliformiss12.2-s20R和s13.3-s20RMZ468171~MZ468175South Georgia［50］
Gromia saoirseis12.2-s20R和s13.3-s20RMZ468166~MZ468170South Georgia［50］
Gromia pashukaes12.2-s20R和s13.3-s20RMZ468197~MZ468203，MZ701627~MZ701633South Georgia［50］
Gromia cedhagenis12.2-s20R和s13.3-s20RMZ468191~MZ468196Darwin Cove［50］
Bathyallogromia kalaallitas14F3-s20R和s14F1-s20RON053401~ON053403Greenland， Nuuk Fjord， St.3［51］
Nujappikia idaliaes14F3-s20R和s14F1-s20RON053404~ON053409Greenland， Nuuk Fjord， St.3［51］
Limaxia albas14F3-s20R和s14F1-s20ROM422947~OM422953UK， South Georgia［52］
Hilla argenteas14F3-s20R和s14F1-s20ROM422871~OM422875UK， South Georgia［52］
Pseudoconqueria lenticulariss14F3-s20R和s14F1-s20ROM422857~OM422863UK， South Georgia［52］
Bathyallogromia olivaceas14F3-s20R和s14F1-s20ROM422961~OM422964UK， South Georgia［52］
Psammophaga holzmannaes14F3-sB和s14F1-J2OR243671~OR243681Rajapuri Creek， coastal Maharashtra， India［53］
Psammophaga sinhais14F3-sB和s14F1-J2OR243682~OR243687Rajapuri Creek， coastal Maharashtra， India［53］
表4 底栖有孔虫体内共生藻及其序列号
Table 4 Symbiotic algae in benthic foraminifera and their serial numbers
底栖有孔虫共生藻序列号参考文献
Archaias angulatus绿藻AJ297799［75］
Archaias lukasi绿藻AJ297796
Parasorites sp.绿藻AJ297814
Broeckina sp.绿藻AJ297804
Cyclorbiculina compressa绿藻AJ297800
Laevipeneroplis proteus绿藻AJ297803
Laevipeneroplis bradyi绿藻AJ297802
Laevipeneroplis sp.绿藻AJ297807
Amphisorus hemprichii甲藻AJ291531［76］
Amphisorus sp.甲藻AJ291523
Marginopora vertebralis甲藻AJ291515
Sorites sp.甲藻AJ291534
Nummulites venosus硅藻AM233851［77］
Operculinella cumingii硅藻AM233849
Operculina sp.硅藻AM233845
Operculina complanata硅藻AM233867
Operculina elegans硅藻AM233847
Operculina ammonoides硅藻AM233844
Cycloclypeus carpenteri硅藻AM233842
Planostegina operculinoides硅藻AM233863
Planoperculina heterosteginoides硅藻AM233864
Heterostegina depressa硅藻AM233868
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