【LorMe周刊】结构变了但功能未变：葡萄砧木对根际微生物的影响
作者：麻艳威，南京农业大学硕士在读，主要研究不同梨树砧木介导的微生物互作。
周刊主要展示LorMe团队成员优秀周报，每周定期为您奉上学术盛宴！本期周刊介绍不同葡萄砧木对根际微生物群落结构及功能的影响，原文于2018年发表在《Microbiome》上。
葡萄的种植栽培遍及世界，所谓一方风土产一方酒，不同产区的葡萄酒口味千差万别，有时甚至相同产区不同地块的葡萄园，其风味也大不相同。造成这种差异的原因与其生长的土壤，气候等环境因素密切相关，由此发展出了“风土”(terroir)的概念。研究发现葡萄叶际和果实际相关的微生物群落显示出特有生物地理学特征，学者们将其定义为“微生物风土”(microbial terroir)。微生物风土特征影响着葡萄的风味，且很大程度上受根际和根内微生物所介导，因此了解根际和根内微生物群落结构是解析微生物风土特征的重要环节。虽然葡萄基因型与根际微生物的关系研究不胜枚举，但在不同砧穗组合方面的研究目前还远远不足。作者认为葡萄砧木基因型对根际和根内相关细菌的招募和群落结构组成起着至关重要的作用，为了验证这一假设，他们将一种葡萄接穗嫁接在四种不同砧木上，并设置不嫁接对照，研究砧木基因型对根际和根内微生物群落的影响。
供试葡萄接穗品种为Barbera。共包含5个处理：Ⅰ.不嫁接；Ⅱ.分别嫁接于四种砧木：SO4, 420A, 161.49 和157.11。于距离地表30-50cm处采集土体，根际土及根系样品，进行16s rRNA测序，分析其微生物差异。随后，将根际和根内的微生物进行分离培养，并对他们的植物促生(plant-growth promoting，PGP)潜力进行评估。
葡萄砧木类型及取样部位显著影响微生物群落
作者发现葡萄土体样品具有最多的细菌OUT数目，其中部分OUT与根际及根内共享；网络图中的边分布和密度表明在取样部位和砧木类型之间微生物分布的差异，此外，土体α多样性显著高于根际和根内（图1）。主成分分析表明取样部位及砧木类型也显著影响微生物群落的β多样性（图2a和b）；在门水平上分析发现，嫁接明显改变根内微生物群落的组成（图2c）。
图1 葡萄根系/根际微生物网络
通过韦恩图发现：嫁接葡萄与未嫁接葡萄根内微生物共有OUTs为50个，特有OUTs未嫁接葡萄高于嫁接葡萄（图3a）；嫁接葡萄与未嫁接葡萄根际微生物共有OUTs为358个，特有OUTs未嫁接葡萄高于嫁接葡萄（图3b）,根内根际核心微生物共有OTUs数目为42个，前六个共享的OTUs占整个细菌群落的32%，在分类上隶属于根瘤菌、农杆菌、新鞘脂菌、假单胞菌、肠杆菌和链霉菌，不同砧木类型，其分布比例不同（图3c）。
通过共发生网络分析可以看出，细菌间的正交互数量显著高于负交互数量（图4）。在嫁接植物中，网络节点、网络聚类、网络交互和密度明显多于未嫁接处理，表明嫁接葡萄根系中的细菌网络比未嫁接葡萄更加复杂。此外，嫁接葡萄根系和未嫁接葡萄根系之间最多连接节点的分类有显著差异，放线菌对改变嫁接葡萄根系的细菌网络拓扑结构贡献最大，而在未嫁接葡萄中则主要受α变形菌调控。
作者采用Tax4Fun进行细菌功能预测，发现砧木基因型对根内及根际微生物群落促生功能没有显著影响。随后作者又对嫁接及未嫁接具有促生性能的微生物进行纯培养，共分离出68株菌，将其与根内及根际共有核心OUTs进行比对，发现其主要属于假单胞菌属和肠杆菌属（图4e）。通过体外培养发现，所有的菌株均表现出影响植物激素平衡的潜力，它们能够合成ACC脱氨酶并产生IAA，这在微生物与植物互作过程中发挥重要作用。
葡萄风土特征的形成是葡萄园土地特性与植物-微生物共同作用的结果。不同的植物根系往往会造成不同的微生物群落，从而形成其独特的微生物风土特征。该研究证实了葡萄砧木基因型对根际及根内细菌群落的多样性、结构组成以及网络特性均有显著影响，但在对植物促生的功能上，这些细菌并未对表现出明显的差异。了解不同砧木根系与细菌群落组成的关系不仅为葡萄园的生产管理提供有价值的信息，同时也让我们能够更加全面地认识葡萄的风土特征的构成要素。
编辑|麻艳威
排版|吴锶杰
审核|江尚焘
论文信息
原名：Grapevine rootstocks shape underground bacterial microbiome and networking but not potential functionality.
译名：结构变了但功能未变：葡萄砧木对根际微生物的影响
期刊：Microbiome
IF2020：12.135
发表时间：2018.1
通讯作者：Daniele Daffonchio
通讯作者单位：阿卜杜拉国王科技大学