温度调控内生菌-微生物组互作抑制番茄斑萎病毒病害的增效机制研究

本研究针对气候变化下温度波动影响植物-微生物互作及病毒病防控的难题，探讨了内生菌（Bacillus amyloliquefaciens）在不同温度（10°C/25°C/40°C）下调控微生物组结构及功能通路以抑制番茄斑萎病毒（TSWV）的机制。结果表明，25°C时内生菌处理显著降低病毒载量（14.9–36.3%）和病害严重度，并富集Firmicutes和Bacillus主导的益生菌群，增强光合、激素信号及氮磷代谢通路。该研究为气候智能型农业中的微生物靶向防控提供了理论依据。

　　

随着全球气候变化的加剧，温度波动对农作物病害的发生与防控提出了严峻挑战。番茄斑萎病毒（Tomato spotted wilt virus, TSWV）作为一种由蓟马传播、危害超过千种植物的毁灭性病毒，每年造成巨大的经济损失。传统的化学防治方法不仅易引发环境与抗药性问题，还难以应对气候变化下病害流行的不确定性。在这一背景下，利用植物内生菌（endophytes）调动宿主微生物组（microbiome）以增强系统抗性，已成为绿色可持续农业的重要方向。然而，温度如何影响内生菌的定殖、微生物群落结构及其功能，进而调控抗病毒机制，仍是一个未被深入探索的科学问题。

为此，来自云南农业大学生物资源保护与利用国家重点实验室的研究团队在《Journal of Agriculture and Food Research》上发表了一项创新性研究，系统揭示了温度通过调控植物-微生物互作影响TSWV抑制效果的机制。他们假设，在不同温度条件下，施用内生菌可招募特异性有益微生物，并通过调控关键分子通路增强植物对TSWV的抗性。研究不仅明确了温度对内生菌防效的调控作用，还从微生物组结构与功能层面揭示了其作用机制，为开发气候适应性的病害生态防控策略提供了重要依据。

为验证上述假设，研究团队以本氏烟（Nicotiana benthamiana）为模型植物，在10°C、25°C和40°C下开展实验。研究设置了健康对照组（H-CK）、病毒接种对照组（I-CK）以及四种处理：三株解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）DJB5、YN48、Mg6及其复合菌剂DYM。接种TSWV后喷施菌悬液（10⁸ cfu/mL），于7天后取样，评估病害严重度、病毒载量（qPCR定量），并利用16S rRNA扩增子测序分析微生物群落结构，通过PICRUSt2预测功能通路变化。实验设三次生物学重复，每组六株植物混合取样，数据经多样性指数、主坐标分析、方差检验及基因功能注释进行统计与可视化。

研究结果丰富而系统，主要发现如下：

一、温度依赖性内生菌对病害严重度及病毒载量的调控

在25°C时，内生菌处理表现出最佳防控效果，其中Mg6处理降低病害严重度达16%，病毒复制量减少36.34%。而在10°C和40°C时防效显著下降，说明内生菌的抗病毒功能高度依赖温度优化。

二、温度驱动内生菌介导的细菌群落结构变化

Alpha多样性分析显示，在25°C时，内生菌处理组的微生物丰富度与均匀度低于对照组，但群落结构更稳定。Beta多样性结果表明，温度升高加剧了群落结构的异质性，特别是在40°C时各组微生物组成差异极大。

三、不同温度下的共有与特有微生物类群

Venn图分析显示，25°C时核心分类单元（taxa）减少至5个，但YN48处理特有物种达644个，说明在适宜温度下微生物群落呈现高度特异性适应。高温则导致I-CK组独有物种增至1740个，而生防处理组物种数大幅降低。

四、关键微生物类群的相对丰度及温度依赖性变化

在门水平，内生菌处理显著富集厚壁菌门（Firmicutes），尤其在25°C时Mg6处理中占比达99.36%；而对照组则以变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteriota）为主。属水平上，芽孢杆菌属（Bacillus）在所有处理中占主导，其相对丰度在DJB5（25°C）中达95.64%。高温条件下，对照组中富集了与胁迫相关的副球菌属（Paracoccus）和鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）。

五、温度与内生菌调控的植物功能通路对TSWV感染的响应

通过PICRUSt2功能预测分析发现，在10°C和25°C下，内生菌处理显著调控了与光合作用（如ureC、narG）、激素信号（如agrB）、应激反应（如gst、gor）、免疫（如tatA、tatC）、能量代谢（如sod1、gltA）、次生代谢及氮磷代谢相关的基因通路。例如，在低温下，DJB5和Mg6上调了氮同化基因（nirD、narI），而高温（40°C）下这些调控效应几乎消失，表明热胁迫抑制了微生物的功能适应性。

综上所述，本研究阐明温度是决定内生菌能否高效抑制TSWV的关键环境因子。适中温度（25°C）促进了解淀粉芽孢杆菌及其引导的益生微生物群的定殖与功能发挥，显著提升植物免疫代谢能力，降低病毒危害。而在极端温度下，微生物群落结构紊乱、功能通路失调，导致生防效果下降。该研究不仅深化了对植物–微生物–环境互作机制的理解，也为针对不同气候区域设计微生物菌剂提供了理论依据和实践策略。在面临全球气候变暖与病毒病频发的双重挑战下，这项研究突出微生物组调控在农业生态系统中的核心地位，对推进绿色植保与可持续农业发展具有重要的科学价值与应用前景。