近日，北京林業(yè)大學(xué)員瑗和戴玉成團(tuán)隊(duì)揭示了天麻微生物組及其與次生代謝物的關(guān)系。研究首次探討了天麻內(nèi)生菌與次生代謝產(chǎn)物（如天麻素和天麻素）之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，一些優(yōu)勢(shì)內(nèi)生細(xì)菌（如弧菌屬和鏈球菌屬）與次生代謝產(chǎn)物和生物量呈顯著正相關(guān)，表明內(nèi)生菌在天麻活性成分的積累中可能發(fā)揮著重要作用。該研究結(jié)果為指導(dǎo)天麻微生物組的管理提供了重要的信息。通過(guò)了解天麻微生物組的組成、功能和與宿主相互作用，我們可以開(kāi)發(fā)出基于微生物組的策略來(lái)優(yōu)化栽培條件，提高天麻的產(chǎn)量和質(zhì)量。研究成果發(fā)表在經(jīng)濟(jì)作物科學(xué)領(lǐng)域TOP期刊 Industrial Crops & Products （IF：5.6）。  

 植物微生物組在植物生長(zhǎng)發(fā)育、脅迫響應(yīng)和次生代謝產(chǎn)物積累中發(fā)揮著重要作用。Gastrodia elata 是一種具有藥用價(jià)值的菌異養(yǎng)蘭科植物。G. elata 與微生物之間似乎存在密切而復(fù)雜的關(guān)系，但目前對(duì)這種關(guān)系的了解仍然不足。本研究分析了在兩種不同栽培模式下 G. elata 生長(zhǎng)過(guò)程中內(nèi)生細(xì)菌和真菌群落的動(dòng)態(tài)變化，并進(jìn)一步利用宏基因組學(xué)技術(shù)表征了其根際微生物組。此外，還初步探討了 G. elata 內(nèi)生菌與次生代謝產(chǎn)物之間的關(guān)系。結(jié)果表明，植物生長(zhǎng)階段對(duì)多種微生物屬性（α多樣性、群落組成和潛在功能、決定性/隨機(jī)性過(guò)程和共發(fā)生網(wǎng)絡(luò)）的影響遠(yuǎn)大于栽培模式。宏基因組學(xué)分析表明，G. elata 的栽培過(guò)程顯著改變了土壤微生物的組成和功能，微生物物種和功能多樣性與土壤 pH 值和養(yǎng)分密切相關(guān)。此外，相關(guān)性分析表明，G. elata 塊莖的次生代謝產(chǎn)物（例如，天麻素和天麻素）和生物量與屬于鏈球菌屬、弧菌屬和“未培養(yǎng)的”（乳桿菌目）的幾種內(nèi)生細(xì)菌類群顯著正相關(guān)。總之，我們的研究結(jié)果系統(tǒng)地揭示了與 G. elata 相關(guān)的微生物組的組成和潛在功能。本研究為指導(dǎo) G. elata 的微生物分離和培養(yǎng)提供了寶貴的信息，并促進(jìn)了 G. elata 及其他蘭科植物的可持續(xù)發(fā)展。

前言

蘭科植物是一個(gè)多樣化且廣泛分布的開(kāi)花植物科。許多蘭科植物被栽培、收獲和交易，用于各種用途，例如觀賞植物、食品和藥用產(chǎn)品。天麻 (Gastrodia elata) 是一種主要分布于亞洲的珍貴腐生多年生蘭科植物，在傳統(tǒng)中醫(yī)中已有 2000 多年的應(yīng)用歷史。現(xiàn)代藥理學(xué)研究已證明天麻的生物活性成分（例如，天麻素、天麻素）具有神經(jīng)保護(hù)、心臟保護(hù)、改善學(xué)習(xí)和記憶等作用。由于長(zhǎng)期采集和人類活動(dòng)造成的棲息地破壞，野生天麻已成為一種脆弱的植物，被列入《瀕危野生動(dòng)植物種國(guó)際貿(mào)易公約》的紅色名錄物種。20 世紀(jì) 70 年代，周某發(fā)現(xiàn)了天麻與蜜環(huán)菌屬 (Mycena) 和蜜環(huán)菌屬 (Armillaria) 真菌之間的共生關(guān)系，這隨后促進(jìn)了天麻的有性繁殖和人工栽培。天麻通過(guò)蜜環(huán)菌間接吸收木材中的養(yǎng)分，不依賴化肥和農(nóng)藥的使用，因此被認(rèn)為是有機(jī)草藥的來(lái)源。目前，天麻作為重要的藥用作物，在許多亞洲國(guó)家，尤其是在中國(guó)和韓國(guó)得到廣泛種植和利用。

隨著高通量測(cè)序和微生物組技術(shù)的進(jìn)步，許多植物的微生物組已被解析?；谀Ｊ街参?(擬南芥) 和主要作物 的研究極大地提高了我們對(duì)植物微生物組多樣性、組成和功能特征的理解。大量的、高度多樣化的微生物群落定殖于植物的不同部位，并在促進(jìn)植物生長(zhǎng)、養(yǎng)分吸收和抗病性方面發(fā)揮著重要作用。此外，一些微生物產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)會(huì)影響宿主植物次生代謝產(chǎn)物的合成和積累，也可能是植物藥用成分的重要來(lái)源。作為一種典型的完全菌異養(yǎng)蘭科植物，天麻的生長(zhǎng)發(fā)育與微生物聯(lián)系更為密切。更好地了解天麻微生物組組成和功能的概況，對(duì)于開(kāi)發(fā)基于微生物組的可持續(xù)天麻生產(chǎn)系統(tǒng)至關(guān)重要。

植物微生物組的組裝從播種后不久就開(kāi)始，并在植物在宿主和環(huán)境因素的影響下生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)展。在天麻生產(chǎn)中，天麻通常在春季使用三元套作系統(tǒng)（即木材、蜜環(huán)菌和天麻幼苗塊莖）進(jìn)行播種，并在冬季或次年春季收獲。一些研究已經(jīng)利用依賴培養(yǎng)和高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)天麻微生物組進(jìn)行了表征。例如，陳等人 (2019) 利用內(nèi)部轉(zhuǎn)錄間隔區(qū) (ITS) 擴(kuò)增子測(cè)序技術(shù)，關(guān)注了與天麻萌發(fā)和早期生長(zhǎng)相關(guān)的真菌群落。Khan 等人 (2024) 利用培養(yǎng)和 16S rDNA 和 ITS 擴(kuò)增子測(cè)序技術(shù)分析了天麻不同生長(zhǎng)階段根際細(xì)菌和真菌群落的動(dòng)態(tài)特征。然而，天麻塊莖內(nèi)生微生物組物種和潛在功能的動(dòng)態(tài)變化知之甚少。此外，與許多藥用植物一樣，連作問(wèn)題是天麻可持續(xù)生產(chǎn)的主要制約因素。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的改變是連作造成的主要問(wèn)題。一些基于擴(kuò)增子數(shù)據(jù)的研究所表明，天麻的連作過(guò)程提高了根際微生物群落的豐富度和多樣性，其組成和潛在功能也發(fā)生了顯著變化。與擴(kuò)增子數(shù)據(jù)相比，宏基因組數(shù)據(jù)可以解析微生物群落的組成（物種或菌株水平）和功能多樣性（包括真核和原核微生物以及病毒）。有必要利用分辨率更高的宏基因組測(cè)序技術(shù)對(duì)與天麻相關(guān)的土壤微生物組進(jìn)行全面表征，以探索連作問(wèn)題的微生物機(jī)制。

植物次生代謝產(chǎn)物具有多種生態(tài)功能和藥理活性。對(duì)于藥用植物來(lái)說(shuō)，人們更關(guān)注其生物活性成分的含量，這決定了其藥效和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。微生物在植物次生代謝產(chǎn)物調(diào)控中的作用已得到廣泛認(rèn)可。與藥用模式植物丹參相關(guān)的微生物組可以參與丹參酮的代謝途徑并增加其生物量。蒙古黃芪的內(nèi)生細(xì)菌與次生代謝產(chǎn)物的積累密切相關(guān)，接種內(nèi)生細(xì)菌（芽孢桿菌）可以促進(jìn)次生代謝產(chǎn)物的積累和植物生長(zhǎng)。然而，對(duì)天麻微生物組與其次生代謝產(chǎn)物之間關(guān)系的理解極其有限。

天麻與微生物之間的關(guān)系復(fù)雜且知之甚少。因此，本研究旨在更好地理解：(1) 天麻生長(zhǎng)過(guò)程中內(nèi)生群落的動(dòng)態(tài)變化；(2) 天麻周圍土壤微生物組的組成和功能多樣性；(3) 天麻內(nèi)生菌與次生代謝產(chǎn)物之間的關(guān)系。近年來(lái)，仿野生栽培中藥材受到中國(guó)地方政府的推廣，并因其生態(tài)友好、產(chǎn)品質(zhì)量高和經(jīng)濟(jì)效益顯著等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而受到消費(fèi)者的青睞。同樣，仿野生栽培也被廣泛應(yīng)用于天麻的主要產(chǎn)區(qū)，尤其是在森林資源豐富的中國(guó)西南部。然而，在實(shí)踐中，連作和林地有限等問(wèn)題導(dǎo)致人們考慮某些設(shè)施栽培技術(shù)（例如營(yíng)養(yǎng)缽栽培）作為中藥材可持續(xù)發(fā)展的可行方案。因此，本研究的另一個(gè)重點(diǎn)是表征不同栽培模式下天麻的微生物組?？偟膩?lái)說(shuō)，本研究為利用微生物組改善天麻生長(zhǎng)微環(huán)境，提高其藥用質(zhì)量和生產(chǎn)力提供了寶貴的信息。

結(jié)果與分析

3.1. 內(nèi)生菌群多樣性和群落組成

如圖2a所示，細(xì)菌和真菌的α多樣性指數(shù)（Chao1豐富度和Shannon多樣性）在兩種栽培模式下均表現(xiàn)出相似的變化，分別在快速生長(zhǎng)期和近成熟期發(fā)生顯著變化。在Gastrodia elata所有生長(zhǎng)期中，變形菌門(mén)和厚壁菌門(mén)是主要的細(xì)菌門(mén)（相對(duì)豐度達(dá)90%），而子囊菌門(mén)和擔(dān)子菌門(mén)是主要的真菌門(mén)（67.3%）（圖2b）。在屬水平上，假單胞菌屬（20.9%）、弧菌屬（17.5%）和假交替單胞菌屬（12.7%）是主要的細(xì)菌屬（表S2）；曲霉屬（10.0%）、馬拉色菌屬（7.7%）和枝孢屬（6.2%）是主要的真菌屬（表S3）。細(xì)菌和真菌群落的組成隨植物生長(zhǎng)發(fā)生明顯變化。PCoA結(jié)果顯示，細(xì)菌群落是根據(jù)生長(zhǎng)期而不是栽培模式進(jìn)行聚類的，PCo1和PCo2解釋了45.1%的原始變量（圖2c）。真菌群落之間存在輕微的分離，解釋度僅為16.7%。驗(yàn)證結(jié)果表明，生長(zhǎng)期是導(dǎo)致細(xì)菌群落差異的主要因素（Adonis檢驗(yàn)：R2=0.608，P=0.001；Anosim檢驗(yàn)：R=0.846，P=0.001）（表S2）。真菌群落之間的變異較?。ˋnosim，R=0.322，P=0.001），生長(zhǎng)期和栽培模式都不是造成這種變異的主要因素（Adonis檢驗(yàn)：R2=0.127，P=0.001）。維恩圖顯示了在不同生長(zhǎng)期和栽培模式下Gastrodia elata塊莖中共享和獨(dú)特的細(xì)菌和真菌ASV數(shù)量（圖S1）。在相同生長(zhǎng)期內(nèi)，細(xì)菌和真菌群落中共享的ASV數(shù)量更多。此外，LEfSe分析結(jié)果（所有LDA值>4）顯示，差異細(xì)菌屬（生物標(biāo)志物）為：假單胞菌屬（生長(zhǎng)期1）、弧菌屬（生長(zhǎng)期2）、假交替單胞菌屬（生長(zhǎng)期3）、中華根瘤菌屬（生長(zhǎng)期4）以及鏈球菌屬和氣單胞菌屬（生長(zhǎng)期5）（圖S2）；差異真菌屬（生物標(biāo)志物）為：凱斯勒菌屬和層孔菌屬（生長(zhǎng)期1）、馬拉色菌屬和枝孢屬（生長(zhǎng)期2）、馬拉色菌目未定屬（生長(zhǎng)期3）、嗜熱子囊菌屬和伊柳氏菌屬（生長(zhǎng)期4）以及優(yōu)盤(pán)菌屬、念珠菌屬和絲孢菌屬（生長(zhǎng)期5）（圖S3）?？偟膩?lái)說(shuō)，Gastrodia elata的生長(zhǎng)期對(duì)細(xì)菌和真菌多樣性和群落組成的影響大于栽培模式。

3.2. 細(xì)菌和真菌群落的組成

首先使用最大似然法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，然后構(gòu)建細(xì)菌和真菌的零模型（999次隨機(jī)化）。圖3顯示了在不同生長(zhǎng)期和栽培模式下，決定性（|βNTI|≥2）和隨機(jī)性（|βNTI|<2）過(guò)程對(duì)Gastrodia elata菌群組裝的相對(duì)貢獻(xiàn)。我們的結(jié)果表明，菌群組裝過(guò)程受生長(zhǎng)期影響很大，特別是對(duì)于細(xì)菌群落而言。在細(xì)菌群落的組裝中，決定性過(guò)程在植物的預(yù)發(fā)育期占主導(dǎo)地位，而隨機(jī)性過(guò)程在后期發(fā)育期占主導(dǎo)地位。真菌群落的組裝在Gastrodia elata的整個(gè)生長(zhǎng)期中主要由隨機(jī)過(guò)程主導(dǎo)，但在“仿野生栽培”（IWC）模式下略高于“營(yíng)養(yǎng)缽栽培”（NBC）模式（84%對(duì)71%）。在幼苗期，細(xì)菌群落中觀察到主要屬于異質(zhì)選擇的決定性過(guò)程（76.2%），而真菌群落中所有隨機(jī)過(guò)程（96.2%）都屬于未被支配的。在Gastrodia elata和蜜環(huán)菌形成共生關(guān)系后，細(xì)菌群落中從決定性過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)過(guò)程，到快速生長(zhǎng)期時(shí)，完全由隨機(jī)過(guò)程主導(dǎo)（100%，主要屬于未被支配的和擴(kuò)散限制）。對(duì)于真菌群落，異質(zhì)選擇的相對(duì)貢獻(xiàn)在相同的Gastrodia elata生長(zhǎng)期內(nèi)逐漸增加。從近成熟期到成熟期，細(xì)菌群落中的決定性過(guò)程（異質(zhì)選擇和同質(zhì)選擇）逐漸再次增加。相反，真菌群落中同質(zhì)選擇的相對(duì)貢獻(xiàn)減少，隨機(jī)過(guò)程增加?？偟膩?lái)說(shuō)，決定性過(guò)程對(duì)Gastrodia elata細(xì)菌群落早期階段的影響更大，而隨機(jī)過(guò)程則影響整個(gè)生長(zhǎng)期中的真菌群落。栽培模式對(duì)真菌群落組裝過(guò)程的影響大于細(xì)菌群落。

3.3. 微生物共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間動(dòng)態(tài)

 進(jìn)行共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析以進(jìn)一步評(píng)估生長(zhǎng)期和栽培模式對(duì)Gastrodia elata微生物相互作用的影響。選擇相對(duì)豐度大于0.05%的ASV構(gòu)建細(xì)菌、真菌和細(xì)菌-真菌界間網(wǎng)絡(luò)（圖4）。細(xì)菌和真菌網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋮?shù)分別如表S5和S6所示。結(jié)果表明，細(xì)菌和真菌類群在細(xì)菌-真菌界間網(wǎng)絡(luò)中扮演著不同的角色，細(xì)菌網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)連通性和復(fù)雜性（平均度和網(wǎng)絡(luò)密度）高于真菌網(wǎng)絡(luò)。微生物共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在不同生長(zhǎng)期中發(fā)生了明顯的變化，而在兩種栽培模式下則表現(xiàn)出相似的網(wǎng)絡(luò)模式。具體來(lái)說(shuō)，在細(xì)菌-真菌界間網(wǎng)絡(luò)中，細(xì)菌和真菌類群的節(jié)點(diǎn)數(shù)量相似，但連接細(xì)菌的邊數(shù)遠(yuǎn)大于真菌。值得注意的是，連接細(xì)菌和真菌的邊數(shù)極少，這表明真菌和細(xì)菌類群之間的相互作用稀疏。此外，細(xì)菌網(wǎng)絡(luò)中負(fù)相關(guān)的連接較少，而真菌網(wǎng)絡(luò)中的所有連接都是正相關(guān)的。網(wǎng)絡(luò)的可視化和屬性表明，細(xì)菌和真菌網(wǎng)絡(luò)主要受生長(zhǎng)期影響，尤其是在建立共生和近成熟期，網(wǎng)絡(luò)的平均度和平均聚類系數(shù)值明顯增加。至于不同的栽培模式，微生物網(wǎng)絡(luò)具有相似的網(wǎng)絡(luò)屬性值和可視化網(wǎng)絡(luò)圖。但在“仿野生栽培”（IWC）模式下，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的物種多樣性更豐富，分類組成中“其他”類群的比例也高于“營(yíng)養(yǎng)缽栽培”（NBC）模式。這可能表明種植穴中的Gastrodia elata塊莖比相對(duì)封閉的系統(tǒng)（如營(yíng)養(yǎng)缽）更容易獲得并與更廣泛的微生物類群相互作用。

3.4. 內(nèi)生菌群潛在功能的預(yù)測(cè)

分別使用16SrRNA和ITS擴(kuò)增子測(cè)序數(shù)據(jù)對(duì)Gastrodia elata塊莖內(nèi)生細(xì)菌和真菌群落進(jìn)行功能預(yù)測(cè)。圖S4顯示了基于MetaCyc數(shù)據(jù)庫(kù)的細(xì)菌和真菌群落的功能組成。在L1功能水平上，生物合成是主要功能（超過(guò)60%），其次是降解/利用/同化（約10%）和前體代謝物和能量的產(chǎn)生（約10%）。至于真菌群落，生物合成（約40%）和前體代謝物和能量的產(chǎn)生（約30%）是主要功能。在L2功能水平上，細(xì)菌功能組成中輔因子、輔基、電子載體和維生素生物合成、氨基酸生物合成以及核苷和核苷酸生物合成的相對(duì)豐度達(dá)到40%。在真菌群落中，核苷和核苷酸生物合成、電子轉(zhuǎn)移和呼吸作用占主導(dǎo)地位（相對(duì)豐度均約為10%）。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，總體而言，細(xì)菌和真菌群落的主要功能在兩種栽培模式之間差異較小，而在不同生長(zhǎng)期之間存在顯著差異。值得注意的是，在植物生長(zhǎng)過(guò)程中，細(xì)菌群落的功能組成變化大于真菌群落。

3.5. 土壤微生物群落的組成和功能多樣性

總的土壤微生物組成包括細(xì)菌（89.09%）、古菌（1.41%）、真核生物（0.23%）、病毒（<0.01%）和未分類的微生物（9.27%）。其中，酸桿菌門(mén)（40%）、變形菌門(mén)（約30%）和放線菌門(mén)（約10%）占主導(dǎo)地位；嗜酸鐵細(xì)菌屬、慢生根瘤菌屬、硫代沼澤細(xì)菌屬和Palsa-504是所有土壤樣品中的主要屬（約30%）（圖S5a和S6）。與擴(kuò)增子相比，宏基因組測(cè)序可以更準(zhǔn)確地在物種水平上鑒定微生物。在Gastrodia elata塊莖周圍土壤中相對(duì)豐度最高的三個(gè)物種是Palsa-360sp003161495s、Gp1-AA133sp003225465s和Palsa-504sp003140115（圖S5a）。物種α多樣性分析顯示，四個(gè)組之間Chao1豐富度沒(méi)有顯著差異，而DS組的Shannon多樣性顯著高于CK組（圖S5b）。維恩圖結(jié)果顯示，大多數(shù)微生物物種是共享的（17952個(gè)），只有少數(shù)是獨(dú)特的物種（約幾百個(gè)）（圖S5c）。PCoA結(jié)果顯示，PCo1和PCo2的解釋變量為68.8%，不同組的樣本點(diǎn)有明顯的區(qū)分，尤其是在對(duì)照組CK中（圖S5d）。LEfSe分析顯示，BS組與其他組之間沒(méi)有差異物種，DS組和LS組分別只有一個(gè)差異物種（相對(duì)豐度），分別為脫氮菌屬和CAIMXF01sp013289985。CK組中有幾個(gè)差異微生物類群，例如Palsa 465、Bog209和UBA9676屬（圖S5e）。

基于KEGG直系同源物（KO）數(shù)據(jù)庫(kù)的功能組成表明，代謝途徑的相對(duì)豐度最高（約80%），其次是遺傳信息處理（約10%）（圖S7）。在代謝途徑中，氨基酸代謝、碳水化合物代謝、輔因子和維生素代謝以及異生素生物降解和代謝占相對(duì)較高的比例（超過(guò)50%）（圖5a）。EggNOG注釋結(jié)果顯示，代謝是主要功能（C、E、I、P類），并且有一些功能特征不明確（S類，超過(guò)10%）（圖S7）。而在碳水化合物活性酶（CAZymes）組成中，糖苷水解酶（GH）和糖苷轉(zhuǎn)移酶（GT）占相對(duì)豐度最高（約70%）?；谌齻€(gè)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)，PCoA和維恩圖分析的功能組成與分類組成遵循相似的模式。CK組與其他組之間存在明顯的區(qū)分，大多數(shù)功能單元在不同組之間是共享的（圖S7）。

各組的功能多樣性沒(méi)有顯著差異（圖5c）。熱圖顯示，各種功能，例如細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，在Gastrodia elata周圍的土壤中富集（圖5d）。差異豐度分析表明，根際土壤微生物群落的一些功能性狀（基于KEGG）顯著高于未種植Gastrodia elata的土壤，例如輔因子和維生素代謝、氨基酸代謝和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)（表S7）。此外，一些CAZymes的豐度在種植Gastrodia elata后發(fā)生了顯著變化，例如輔助活性（AA10）和糖苷轉(zhuǎn)移酶（GT7、GT8）增加，而糖苷水解酶（GH33）和碳水化合物結(jié)合模塊（CBM60）減少。為了比較Gastrodia elata不同生態(tài)位中微生物的功能組成，MetaCyc數(shù)據(jù)庫(kù)也用于宏基因組測(cè)序數(shù)據(jù)的功能注釋（圖S8）。內(nèi)生細(xì)菌功能與土壤微生物相似，生物合成（約60%）、降解/利用/同化（約10%）和前體代謝物和能量的產(chǎn)生（約10%）是主要的功能組成；生物合成（約40%）和前體代謝物和能量的產(chǎn)生（約30%）是真菌群落的主要功能。

3.6. 土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤微生物群落的影響

 土壤理化性質(zhì)如表S8所示。種植Gastrodia elata后，土壤pH值顯著增加，AK、TP和AP等養(yǎng)分也增加。值得注意的是，只有pH值在塊莖土壤和CK土壤之間存在顯著差異。進(jìn)行RDA分析以探討土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤微生物分類（門(mén)水平，前50個(gè)）和功能（KEGG 2級(jí)，前34個(gè)）組成的影響。在RDA排序圖中，RDA1和RDA2對(duì)分類組成和功能組成的解釋率分別為57.05%和66.94%（圖S9a）。對(duì)于單個(gè)土壤因素，只有有效磷對(duì)分類組成有顯著影響（R2=0.52，P=0.038）。Mantel檢驗(yàn)結(jié)果顯示，總體而言，土壤特性與土壤微生物的分類和功能組成之間沒(méi)有顯著相關(guān)性（圖S9b），但全鉀與功能組成之間存在顯著相關(guān)性（R=0.57，P<0.01）。此外，Spearman相關(guān)分析表明，pH與物種Shannon多樣性指數(shù)呈負(fù)相關(guān)（R=-0.78，P<0.05），而功能多樣性（KO、Ogs和CAZymes）與pH、有效磷、有效鉀和全鉀呈負(fù)相關(guān)（P<0.05）（表S9）。

3.7. 內(nèi)生菌與次生代謝產(chǎn)物的相關(guān)性分析

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，NBC-5組（營(yíng)養(yǎng)缽栽培）中Gastrodin、Parishin B、Parishin C和Parishin A的含量顯著高于IWC-5組（仿野生栽培）（表S10），表明在營(yíng)養(yǎng)缽中栽培的葛根質(zhì)量?jī)?yōu)于在森林種植孔中栽培的葛根。為了深入了解葛根塊莖中內(nèi)生菌與次生代謝產(chǎn)物之間的關(guān)系，我們使用Spearman相關(guān)性分析法分析了細(xì)菌和真菌ASVs（相對(duì)豐度>0.1%）與六種化合物之間的關(guān)系。此外，還分析了六種化合物的總含量和塊莖鮮重與內(nèi)生菌之間的相關(guān)性。共有12個(gè)細(xì)菌ASVs和5個(gè)真菌ASVs與次生代謝產(chǎn)物或生物量呈顯著相關(guān)（P<0.05），|R|值約為0.40。其中5個(gè)細(xì)菌ASVs與次生代謝產(chǎn)物呈負(fù)相關(guān)，它們分別屬于芽孢桿菌屬（Bacillus）、葡萄球菌屬（Staphylococcus）、氣單胞菌屬（Aeromonas）、乳球菌屬（Lactococcus）和埃希氏-志賀氏菌屬（Escherichia-Shigella）。次生代謝產(chǎn)物與細(xì)菌ASVs之間的正相關(guān)關(guān)系在線性回歸圖中顯示（圖6）。有趣的是，ASV_14111（弧菌屬，Vibrio）和ASV_19914（乳桿菌目，未培養(yǎng)的，Lactobacillales）與多種成分（Gastrodin、Parishin B、Parishin C和Parishin）以及生物量均呈一致且顯著的正相關(guān)，表明它們可能在促進(jìn)次生代謝產(chǎn)物積累和植物生長(zhǎng)方面發(fā)揮作用。對(duì)于內(nèi)生真菌，五個(gè)ASVs與成分呈負(fù)相關(guān)，這些ASVs的分類未知（真菌未分類，F(xiàn)ungi incertae sedis）。

結(jié)論

通過(guò)研究?jī)煞N栽培模式下天麻塊莖細(xì)菌和真菌群落的動(dòng)態(tài)變化，本研究系統(tǒng)地了解了天麻微生物組在生長(zhǎng)過(guò)程中的組成和潛在功能的演替。結(jié)果表明，天麻與多種細(xì)菌和真菌相關(guān)，植物生長(zhǎng)階段對(duì)多種微生物屬性（α多樣性、群落組成、決定性/隨機(jī)性過(guò)程和共發(fā)生網(wǎng)絡(luò)）的影響遠(yuǎn)大于栽培方式。此外，細(xì)菌和真菌群落的潛在功能隨著植物生長(zhǎng)而明顯變化，細(xì)菌群落中生物合成功能占主導(dǎo)地位，而真菌群落中生物合成和前體代謝物和能量產(chǎn)生功能是主要功能。這些結(jié)果表明，宿主天麻對(duì)植物生長(zhǎng)過(guò)程中內(nèi)生微生物組的組成和潛在功能具有強(qiáng)大的選擇性調(diào)控作用。本研究首次利用宏基因組測(cè)序技術(shù)分析了天麻周圍土壤的微生物組成和功能多樣性，并探討了天麻內(nèi)生菌與次生代謝產(chǎn)物之間的關(guān)系。天麻的種植過(guò)程改變了土壤理化性質(zhì)和根際微生物群落結(jié)構(gòu)。我們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，塊莖中一些優(yōu)勢(shì)內(nèi)生細(xì)菌（弧菌屬、鏈球菌屬等）與次生代謝產(chǎn)物和生物量呈顯著正相關(guān)；它們似乎在天麻活性成分積累中起著關(guān)鍵作用?？傊?，我們的研究結(jié)果系統(tǒng)地揭示了天麻微生物組的組成和潛在功能，以及內(nèi)生菌對(duì)天麻質(zhì)量的影響。結(jié)果為指導(dǎo)天麻微生物的分離和培養(yǎng)提供了寶貴的信息，并將有助于促進(jìn)天麻及其他蘭科植物的可持續(xù)發(fā)展。

來(lái)源：分子生藥創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)