科研 | Nature 子刊：世界性入侵植物的根际细菌群落结构中谱系的决定性要强于环境因素
一、导读
植物与微生物之间的相互作用在物种入侵中发挥着至关重要的作用，但在种水平上很少被研究。该试验选用一种全球分布的植物芦苇（Phragmites australis），分析三个谱系之间的相互作用，通过田间调查和园林实验分析三种不同来源的芦苇根际土壤细菌群落，确定了具体谱系控制根际细菌群落，在相同条件园林实验中，发现植物生长是由谱系决定而不是由根际细菌群落决定。从而得出结论，谱系对于确定根际细菌群落和植物适应性是至关重要的。这也让人们的观点不仅仅局限于对微生物群落结构的分析，开拓了谱系对植物生长影响的视野，为进一步推进不同谱系差异的研究打下基础 。
二、论文ID
原名：Lineage overwhelms environmental conditions in determining rhizosphere bacterial community structurein a cosmopolitan invasive plant
译名：世界性入侵植物的根际细菌群落结构中谱系的决定性要强于环境因素
期刊：Nature Communications
IF：12.124
发表时间：2017年
通讯作者：JenniferL. Bowen
通讯作者单位：Departmentof Marine and Environmental Sciences, Marine Science Center, Northeastern University
三、实验设计
四、实验结果
第一条证据链
以大陆为尺度进行采样后，我们的结果揭示了芦苇不同谱系对细菌群落结构的显著影响。通过主成分分析证实三种谱系的芦苇细菌群落结构存在差异。虽然来自当地和海湾芦苇的核心细菌有时也存在于引入芦苇的根际，但丰度一般较低。在当地和海湾芦苇谱系中观察到比引入芦苇谱系更大的相似性的，在田间试验和园林试验中都支持这个结论。
图1 在谱系之间微生物群落结构的差异以及取样位置之间距离的函数。b:通过样本之间的距离反应差异性。
图2 每个谱系核心细菌微生物分析
第二条证据链
尽管最初细菌群落结构相似，但是在三种不同谱系芦苇经过4个月生长后，土壤细菌群落出现显著分化。通过作图发现细菌形成三个群体; 一个来自海湾芦苇，一个来自引进芦苇，一个是引进和本地的混合。对相同条件的园林实验功能预测发现，芦苇生长4个月后引入芦苇对比其它两种芦苇在解毒功能、抗菌生物合成和微生物降解方面丰度表现较低。
图3 在一个共同的园林实验中生长的不同谱系芦苇微生物群落结构
图4 三种谱系芦苇中根际土壤细菌群落的功能预测
第三条证据链
谱系对细菌群落结构的影响并没有转化为对芦苇植物生物量的改变。谱系对细菌丰度、细菌群落活性和地下部土壤特性均存在影响，同时谱系对地上部生物量与地下部生物量表现出直接作用效果。芦苇谱系似乎是根际生态系统和植物生物量产生差异的主要驱动因素，芦苇谱系在大空间尺度上对构建细菌群落起着关键的作用。在田间试验和园林试验中，谱系的重要性明显强于当地环境因素对细菌群落中的重要性。
图5 符合标准化系数范围的结构方程模型 虚线表示程序没有检测到影响，实线表示存在影响并计算了可能性
五、研究结论
研究结果发现同谱系内部细菌群落结构相似，而谱系间却存在差异。引入的芦苇品种对比其它两种谱系芦苇其细菌的抗菌生物的合成和降解微生物能力较低。在园林实验中，个体植物生长由谱系决定而不是根际细菌群落。由此看出谱系对于确定根际细菌群落和植物适应方面是十分重要的。
六、点评
从全球范围来看，入侵物种的扩散减少了生物多样性和改变了生态系统的功能，这项工作突出了物种入侵的另一个潜在影响——保持特定微生物群落。本土谱系和其他本土湿地植物相比引入芦苇的地下生物量较高，它表明入侵引起的微生物群落变化可能是存在普遍性，但需要进一步的工作来确定群落结构的具体变化。下一步的研究应着重于确定根际细菌群落中这些谱系特异性变化以及转化为芦苇相关生态系统功能的变化过程。这样深入研究才能为防止植物入侵提供更好的认识和了解。
本文由微生太群友殷继忠创作，江舜尧编辑。