文献解读|SCI REP（4.996）：根际微生物在田间条件下的草莓品种对土传病原菌的抗性和养分吸收起着重要作用

在实验中，抗性品种的已知生防微生物的丰度较高，包括Arthrobacter, Nocardioides, Gaiella和未分类的酸杆菌Gp6, Gp16, Gp4。其中大丽轮枝菌的抗性草莓品种具有较高的根瘤菌丰度，菜豆壳球孢的抗性草莓品种具有较高的假单胞菌丰度。差异表明根际微生物在草莓对两种土传病原菌的抗性中起着重要作用。

进一步研究这些有益的植物-微生物相互作用的机制及其在不同环境中的可塑性，可以设计低投入的疾病管理策略。

在散土和根际土样品中，共检测到了3939353个细菌和古菌序列。对叶绿体和未分配的读序进行筛选后，3786463条序列被聚类为33个古菌和5567个细菌OTU。通过非度量多维排列（NMDS），使用标准化和转换后的数据计算了Bray-Curtis 相异度（图1），根据样本类型之间的OTU群落结构的差异。观察到了病原菌实验间的土壤微生物群存在显著差异（图1）。

图1 根际土和散土中微生物群落的结构相似性

空心：侵染菜豆壳球孢（蓝色）和大丽轮枝菌（红色）；实心：散土

在大丽轮枝菌实验中，对样品类型差异贡献最大的细菌包括Taumarchaeota、 Firmicutes、Acidobacteria，相对于根际土，它们在散土中表现出更高的丰度（图2 a）。相对于散土，Verrucomicrobia、Bacteroidetes 、Proteobacteria在根际土中表现出更高的丰度（图2 a）。在菜豆壳球孢实验中，Acidobacteria对样品类型的差异贡献最大，其次是Taumarchaeota、Chlorofexi、Gemmatimonadetes、Planctomycetes、Firmicutes，相对于根际土，它们在散土中表现出更高的丰度（图2 b）。相对于散土，根际土中的Proteobacteria、 Verrucomicrobia、Bacteroidetes、 Actinobacteria 的相对丰度更大（图2 b）。

图2 主要微生物的平均相对丰度的差异

(a) 大丽轮枝菌 (b) 菜豆壳球孢

在菜豆壳球孢实验的土壤中，OTU的多样性明显高于大丽轮枝菌实验(图3）

图3 土壤微生物群落的多样性

对大丽轮枝菌的实验数据进行的LEfSe分析显示，231个在根际相对丰度较大的分类分支中6种是已知的真菌拮抗剂（图4 a）。对菜豆壳球孢的实验数据进行的LEfSe分析显示，220个在根际相对丰度较大的分类分支中19个是已知的真菌拮抗剂（图4 b）。

图4 接种大丽轮枝菌、菜豆壳球孢的草莓的土壤中真菌拮抗剂的影响

接种大丽轮枝菌的植物根际微生物群落与对照植物有显著差异。在大丽轮枝菌实验中，被侵染的植物和未受侵染之间的OTU相对丰度平均相差27.11%。对照植物中相对丰度较高的属包括Arthrobacter, Steroidobacter, Pseudomonas, Azotobacter, Luteolibacter, Nakamutella, Saccharibacteria, WPS-1, Micromonospora, Arenimonas.在大丽轮枝菌侵染的植物中，古细菌Nitrosphaera和细菌Gaiella, Hydrocarboniphaga, Rubrobacter, Streptomyces, Mucilaginibacter, Rhizobium, Pseudonocardia, Niastella, Aminobacter表现出更大的相对丰度（表 1）。

表 1  被侵染植物与对照植物的根际微生物群落的差异性

接种菜豆壳球孢的植物和对照植物的根际微生物群也存在显著差异。根据SIMPER分析，受侵染和未受侵染处理之间的平均差异为27.07%。对照植物中相对丰度较高的属包括Nakamurella, Gemmatimonas, Arthrobacter, Flavobacterium, Phycicoccus, Saccharibacteria, Burkholderia, Bradyrhizobium, Novosphingobium, Luteolibacter, Arenimonas, Sphingobium.菜豆壳球孢侵染的植物中，Pseudomonas, Isoptericola, Xanthomonas, Steroidobacter, Streptomyces, Mucilaginibacter, Gaiella, Massilia表现出较高的相对丰度（表 1）

在接种大丽轮枝菌的10个草莓品种的根际微生物群中观察到显著差异，在菜豆壳球孢实验中生长的10个品种也观察到类似的结果，表明微生物的品种依赖性选择。

接种大丽轮枝菌的草莓品种中观察到明显的抗病组，其中5个栽培品种的死亡率低于10%为抗病，3个栽培品种的抗病性在50-70%之间为中度，2个栽培品种的死亡率超过70%为易感（表 2）。植物抗性的差异与三组之间根际微生物群的差异相匹配（图5）。在菜豆壳球孢存在的情况下，各栽培品种之间的植物死亡率差异很大，但不像大丽轮枝菌实验中那样明确，易感组死亡率超过80%、中度组死亡率20-70%，抗病组死亡率<20%（表 3）。在这些抗性组中，没有发现它们根际微生物群之间的差异（图5）。

表 2  接种大丽轮枝菌的草莓的地上性状、根际微生物多样性（香农指数）和死亡率

表 3  接种菜豆壳球孢的草莓的地上性状、根际微生物多样性（香农指数）和死亡率

图5 不同抗性的草莓品种的微生物群落结构相似性

正方形：大丽轮枝菌 圆形：菜豆壳球孢

为了进一步探究根际微生物与抗病性之间的关系，比较了两个易感品种和五个抗病品种之间的根际微生物。大丽轮枝菌的抗病和易感品种在31%的OTU中存在差异（表 4）。与易感品种相比，抗病品种中总共有10个进化枝明显更为丰富，包括Burkholderia和Nocardioides这两种已知的真菌拮抗剂（图6 a）。

表 4 抗病和易感品种根际微生物平均相对丰度百分比

图6 LEfSe分析草莓根际已知对大丽轮枝菌(a)和菜豆壳球孢(b)具有高抗性和低抗性的细菌的属的不同丰度

在大丽轮枝菌存在的情况下，草莓植株根际的微生物群落组成与地上植物的生物量、叶片的Mg含量以及植物叶片的Ca:Mg有明显的关联（图7 a）。在菜豆壳球孢实验中，未发现植物死亡率与植物地上生物量、叶片养分含量或根际微生物多样性显著相关。植物生物量与叶片K含量呈显著正相关（p<0.001），叶片K与叶片Ca、Mg和P之间也存在其他显著相关性。

图7 基于dbRDA对根际微生物群落、植物性状进行分析

实验结果表明，植物生物量与根际微生物群的组成有显著关系，但与植物叶片营养成分无关（图7 b）。