编译：微科盟艾奥里亚，编辑：微科盟木木夕、江舜尧。
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导读
植物共生微生物对其寄主的健康和生产力息息相关，但诸多植物的微生物组资源尚未被开发。对于存在野生近亲的很多栽培作物而言，它们在长期且持续的育种过程中，很有可能丢失其有益微生物类群。我们对一种原产于东亚山区的洋葱野生近亲—喜马拉雅葱（Allium Wallichii Kunth）的细菌群落结构进行研究。基于16S rRNA基因测序，我们对不同植物微生境（根际、内生境、花表面层）的细菌群落空间组织结构进行了解析。通过有针对性的生物信息学分析，我们确定了每个栖息环境下的群落独特特征，并绘制出Amaryllidaceae科植物家族首个具有代表性的整体细菌空间组织结构图。在高海拔地区，非根际土壤中的细菌群落多样性最高（Shannon指数，H′9.3），其次是植物根际（H′8.9），而在花表面层（H′6.1）和内生境（H′6.5和5.6）的细菌群落多样性较低。有趣的是，我们还观察到了一个不显著的根际效应，这在栽培植物中是不常见的。喜马拉雅葱微生物群落的另一个特点是其在分类分布上的高度均匀性，这是迄今为止在植物微生物群落中没有观察到的。假单胞菌（Pseudomonas）在10个细菌属中被鉴定为喜马拉雅葱的特征性种群。本研究首次深入刨析了Allium属野生植物的细菌空间组织群落结构，对洋葱、大蒜、韭菜等Allium属栽培作物具有重要参考价值，同时本研究提供的喜马拉雅洋葱微生物组图谱，可促进其微生物资源的开发。
原名：The Himalayan Onion (Allium wallichii Kunth) Harbors Unique Spatially Organized Bacterial Communities
译名：喜马拉雅洋葱（Allium wallichiiKunth）拥有独特的细菌群落空间组织结构
期刊：Microbial Ecology
IF：3.356 （中科院2区）
发表时间：2021.3.16
第一作者：陈孝玉龙
第一作者单位：贵州大学/西藏大学
通讯作者：Tomislav Cernava
通讯作者单位：贵州大学/奥地利格拉茨工业大学
本研究所有样品均取自位于26°59′42′′N，104°45′36′′E地理位置上的野生喜马拉雅洋葱（A.wallichii）分布地带。在植物开花期，将所有的植物样本进行挖掘采集，采样后置于预冷的无菌拉链袋中。每个植株所对应的土壤样本在距植株20-30 cm的径向距离内进行采集。此外，在去除表层土后的10 cm深处，采集无植物根系的土壤样本，混合均匀并置于无菌拉链袋中。所有土壤样本一式四份；所有根际样品和每种植物组织类型，一式六份。用无菌手术刀分离不同的植物组织，在实验室对植物样品进行进一步处理。根际土壤在20 ml 0.85%的NaCl溶液中以120 rpm的速度洗涤10 min，得到根际样品。对于所采集的植物样本，在其3-5 cm长的节段进行表面灭菌，获得内生境以及花表面的微生物群落样本。所有样本采用试剂盒进行DNA的提取及纯化，并用于后续分子生物学分析。
经过过滤、质检后，8925788条序列被精简到了可代表14140个特征的3380349条序列。在低分类水平上仍没有被分类的高丰度特征进一步在NCBI上通过手动比对，共计3250046条具有13361个特征的序列被纳入后续的研究分析中。在1677 reads水平上进行归一化后，本研究共保留了5266个特征。这些特征在属水平分属于992个分类单元。α稀疏性分析表明，非根际土壤的shannon指数最高（H′=9.34 ± 0.10），其次是根际土壤（H′=8.87 ± 0.46）。而在花，茎以及endorhiza组织中的shannon指数分别为6.11 ± 0.80、6.50 ± 0.44和5.59 ± 0.93，这些微生境中的α多样性差异不显著（p>0.05）。基于未加权的UniFrac距离矩阵来评估β多样性，我们发现，与植物相关的微生境（花、茎和内生境）和与土壤相关的生境（根际土壤和块状土壤）差距明显，反映出明显的统计学差异；而在植物相关的微生境内生境（花、茎和内生境），微生物群落空间组织结构无显著差异（p>0.05）；当评估土壤相关的微生境时（根际土壤和非根际土壤），同样不具有显著性差异（图1）。当每种植物不同的微生境与其对应的非根际土壤或根际土壤进行成对比较时，我们同样发现群落组成之间存在显著差异。此外，所有样品均表现出很高的均匀度，这其中，细菌特征在非根际土壤中的分布最为均匀（E=0.944 ± 0.010），其次是根际土壤（E=0.917 ± 0.030）。内生境的细菌均匀度（E=0.783 ± 0.088）与非根际土壤细菌均匀度之间以及其与根际土壤细菌均匀度之间均表现出显著性差异（图2）。
图1 不同植物组织，根际土壤以及周围非根际土壤之间的β多样性比较。采用主坐标分析（PCoA）方法对不同样本类型之间的群落结构相似性和聚类性进行了可视化分析，这其中包含了三个不同维度的百分比，可解释了最大的变异程度。不同颜色的圆点表示植物微生物群和土壤中不同的样品类型。
图2 A. wallichii微生物组中的细菌群落结构。总体而言，不同植物微生境中共包含42种不同的细菌门，这其中，Proteobacteria是根际中的主要优势细菌门（39%），其次是Bacteroidetes（14%）、Acidobacteria（12%）、Actinobacteria（7%），Firmicutes（6%），Chloroflexi（6%），Planctomycetes（6%），Verrucomicrobia（5%）和Gemmatimonadetes（1%）。而非根际土壤中的优势类群为Proteobacteria（28%），其次是Acidobacteria（17%）、Bacteroidetes（11%）、Actinobacteria（9%）、Planctomycetes（8%）、Chloroflexi（7%）、Verrucomicrobia（6%）、Firmicutes（5%）和Gemmatimonadetes（1%）。除此之外，非根际土壤中古菌的相对占有率为5%，而在其他分类样本中，其丰度均低于1%。在花组织中，Proteobacteria是主要优势细菌（51%），随后依次为Firmicutes（20%）、Bacteroidetes（15%）、Actinobacteria（7%）、Deinococcus-Thermus（1%）和Chloroflexi（1%）。茎组织中以Firmicutes（40%）为主，其次为Proteobacteria（33%）、Bacteroidetes（13%）和Actinobacteria（8%）。endorhiza组织中的细菌主要以Proteobacteria（47%）为主，其次是Firmicutes（19%），Actinobacteria（18%），Chloroflexi（2%）和Acidobacteria（2%）。此外，深层次的分析中并不包含相对丰度小于0.5%的细菌门（图3）。为了检测不同细菌的生态位特异性，我们对在丰度上具有显著差异的微生物类群进行了分析。植物组织（花、茎以及内生境）中没有明显差异的丰度特征。将非根际土壤和根际土壤进行比较时，也有相同的观察结果。然而，当将植物组织共生类群与其他微生境进行比较时（a组：花、茎和内生境；b组：根际土壤和非根际土壤），13361个特征中有3595个特征（27%）存在显著差异。在这3595个特征中，仅有11个群落特征是植物组织所特有的（Nocardiopsis，Hymenobacter，Pseudomonas，Aureimonas，Clostridium，Macellibacteroides，Bacteroides，未分类的Verrucomicrobiaceae以及未分类的Microbacteriaceae，Micrococcus和Phascolartobacterium），而3369个群落特征是根际/土壤类群所独有的。另外的215个群落特征是两个类群所共有的。在这215个特征中，只有7个的丰度在植株中显著高于根际/土壤。
本研究表明喜马拉雅葱（A. wallichii）具有独特的细菌群落空间组织结构，这些微生物组在不同植物组织中都显示出特定的特征。喜马拉雅葱在其微生物组中表现出的独特特征，使其有别于其他植物。此外，我们观察到假单胞菌（Pseudomonas）是该植物细菌群落中普遍存在的核心微生物类群。综上所述，本研究结果为葱科植物的微生物组研究提供了重要参考，也为今后从野生葱科植物的微生物菌群中挖掘特定的生物资源提供了依据，这些微生物资源可作为其近缘栽培作物的天然保护剂加以开发与利用。
