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本文聚焦克隆植物连钱草（Glechoma longituba），探究其从土壤到内生环境微生物群落组装模式。研究发现宿主选择主导微生物群落组装，影响多样性、稳定性等。该成果为理解植物与微生物互作及应对气候变化提供重要依据，极具科研价值。
引言
气候变化正以前所未有的速度改变着全球生态系统，对植物的生长和繁殖构成严重威胁。克隆植物由于遗传多样性低，在快速变化的环境中生存面临更大风险。而植物相关微生物群落，包括根际、叶际和内生微生物，在支持植物生存和适应环境方面发挥着关键作用。不过，目前对于克隆植物微生物群落沿土壤 - 附生（植物表面） - 内生（植物内部）连续体的组装和维持机制，人们的了解还十分有限。本研究以克隆植物连钱草为对象，旨在阐明其微生物群落沿这一连续体的组装模式，明确宿主植物和环境因素对微生物群落组成、功能及共现网络特征的协同影响，揭示微生物群落的稳定性和功能冗余，进而为在气候变化背景下管理植物群落提供科学依据。
材料与方法
- 研究区域与采样：研究区域位于陕西省西安市长安区的牛背梁自然保护区内，该地区属温带半湿润季风气候。在海拔 1800 - 2000 米范围内，沿海拔梯度每隔 100 米选取一个采样点，共设置 4 个采样点，每个采样点随机采集 3 株野生连钱草植株，共计 12 株。对每株植物，从 5 个不同生态位采集微生物样本，分别为 bulk soil、根际土壤、叶际、根内生菌和茎内生菌。同时，采集表层 0 - 10 cm 的 bulk soil 样本，以确保与根际土壤采样深度一致。
- DNA 提取、测序及序列可用性：使用 E.Z.N.A. Soil DNA Kit 提取微生物样本的总 DNA，通过特定引物扩增 18S rRNA 基因和 16S rRNA 基因，纯化后的扩增子在 Illumina NextSeq 平台进行测序。对测序数据进行处理，去除无效序列，最终获得 1085 个细菌和 954 个真菌的扩增子序列变异（ASVs）用于后续分析。
- 统计分析与可视化：利用 R 软件进行统计分析。计算微生物的 α 多样性（包括香农指数和系统发育多样性），通过主坐标分析（PCoA）和多种检验方法确定 β 多样性。运用线性混合效应模型分析微生境、采样点及其交互作用对微生物群落变化的贡献。借助多种绘图工具对微生物群落的分类结构、动态变化、共现网络等进行可视化展示，并利用相关软件预测微生物功能，分析微生物群落的潜在来源和重叠情况。
结果
- 连钱草相关微生物群落的多样性及驱动因素：研究发现，不同采样点的 bulk soil 样本中，微生物的系统发育多样性存在显著差异，而香农指数差异不显著。环境因素，如 pH 和总磷（TP），对土壤微生物群落有显著影响。在植物不同部位的微生物群落中，同一栖息地不同采样点间，微生物群落的 α 多样性指数大多无显著变化；但在同一采样点不同微生境间，α 多样性指数显著降低。β 多样性分析表明，微生境是影响连钱草微生物群落组成变化的主要因素，其作用大于采样点及两者的交互作用。
- 从土壤到内生环境的分类组成及动态变化：经过筛选，对获得的细菌和真菌 ASVs 进行分析，发现 bulk soil 中的细菌主要由 Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria 和 Actinomycetes 等类群主导，真菌主要由 Leotiomycetes、Mortierellomycetes 和 Sordariomycetes 等类群主导。随着从土壤向植物内生环境过渡，细菌和真菌的分类分布发生显著变化。例如，细菌中 Pseudomonadota 和 Bacillota 的相对丰度增加，而 Actinomycetota 减少；真菌中 Ascomycota 在叶际的相对丰度较高，Basidiomycota 在内生环境中的相对丰度较低。
- 细菌 - 真菌共现网络及群落稳定性：从 bulk soil 到茎内生菌，细菌 - 真菌共现网络的复杂性逐渐降低。不同微生境中，细菌和真菌群落的稳定性（用 1 - AVD 指数衡量）存在显著差异，bulk soil 中稳定性最低，根际和叶际的细菌群落以及茎和根内生菌的真菌群落稳定性较高。线性回归分析显示，1 - AVD 指数与香农多样性指数和系统发育多样性指数均呈显著负相关。
- 不同微生境中可能的生态组装过程：通过中性模型评估微生物群落的组装机制发现，bulk soil 中细菌群落的组装主要受随机过程主导，而真菌群落受确定性因素影响较大。在根际，细菌群落的组装仍有一定随机性，但真菌群落向确定性过程转变。叶际中，真菌群落的组装随机过程占主导。在内生环境（茎和根）中，细菌和真菌群落的组装主要受确定性因素，如宿主特异性选择的强烈影响。
- 微生物群落的潜在来源及跨植物区室的重叠：微生物溯源分析表明，bulk soil 是植物相关微生物群落的主要来源，微生物从外部向内部、从下部向上部传播，各植物区室对微生物有选择性过滤作用。不同区室间，细菌和真菌的 ASVs 共享比例较低，但功能基团的重叠比例较高，这表明存在功能冗余。
讨论
- 宿主驱动的微生物群落组装在连钱草中起主导作用：连钱草微生物群落的组装主要受植物相关生态位的影响，而非外部环境因素。不同植物区室的独特理化条件导致微生物群落分化，植物驱动的微生物选择使不同地理区域的微生物群落组成趋于一致。克隆植物的克隆整合特性可能进一步强化宿主选择作用，使微生物组装更具确定性，这一结论有望推广到其他克隆植物。
- 宿主选择对微生物群落特征的影响：随着微生物从 bulk soil 向附生和内生环境过渡，α 多样性和网络复杂性降低，而 β 多样性和群落稳定性增加。宿主通过多种方式筛选微生物，保留有益微生物，减少物种冗余和种间相互作用，简化微生物群落，提高功能效率和适应能力，符合多样性 - 稳定性权衡理论。
- 土壤到内生环境连续体上的分类更替、功能冗余及核心微生物群：微生物分类组成在土壤 - 附生 - 内生环境连续体上发生显著更替，这是由环境选择压力驱动的。尽管分类组成不同，但功能冗余保证了关键生态系统功能的连续性，植物通过调节生境条件间接塑造具有相似功能的微生物群落。此外，连钱草存在保守的核心微生物群，这些微生物在植物生长、抗病等方面发挥重要作用。
结论
本研究表明，连钱草微生物群落的组装主要由宿主相关因素驱动。宿主选择降低了 α 多样性和网络复杂性，提高了 β 多样性和群落稳定性。微生物组装机制从 bulk soil 和附生环境的随机主导转变为内生环境的确定性过程。土壤 - 附生 - 内生环境连续体上存在明显的分类结构更替，但功能冗余维持了生态系统功能。该研究深化了对宿主与核心微生物类群共生关系的理解，为克隆植物在气候变化背景下的适应性研究提供了重要依据。
