日本北海道独特沼泽系统中叶际内生真菌群落变异来源解析

本研究针对沼泽生态系统中共存木本植物叶际内生真菌(FEF)群落构建机制，通过控制环境变量，首次揭示宿主物种(解释49%变异)和系统发育关系对FEF群落的筛选作用。研究发现55% OTUs具有宿主特异性，其中病原菌占比显著，为理解植物-微生物共进化提供新证据。

　　

在神秘的沼泽生态系统中，四株看似和谐共处的木本植物——赤杨(Alnus japonica)、卵叶桦(Betula ovalifolia)、香杨梅(Myrica gale var. tomentosa)和杜鹃(Rhododendron diversipilosum)，它们的叶片内部正上演着一场不为人知的微观战争。这些植物叶片中栖息着复杂的叶际内生真菌(Foliar Endophytic Fungi, FEF)群落，它们或是植物的盟友，帮助抵抗病原体、促进生长；或是潜伏的敌人，伺机引发疾病。然而，究竟是什么因素决定了这些微观住客的组成？这个看似简单的问题，却因环境变量的干扰而长期困扰着科学家。

日本北海道大学的研究团队独具慧眼，选择了 Nishibetsu 沼泽这个天然实验室。在这里，四种植物的个体以几乎相同的体型，密集生长在直径仅1米的草丘上，为控制环境变量提供了绝佳条件。通过高通量测序和生物信息学分析，研究人员揭示了宿主身份对FEF群落的强大筛选作用——不同植物种类就像设置了不同的"安检标准"，允许特定的真菌"居民"入驻。这项发表在《Fungal Ecology》的研究，不仅解开了植物-微生物共生关系的部分谜团，更为生物多样性保护提供了新视角。

研究采用Illumina平台进行ITS2区域扩增子测序，从7个草丘采集140份叶片样本，通过QIIME2和FungalTraits数据库进行OTU聚类和功能注释。运用PERMANOVA、Mantel检验等统计方法，结合叶片碳氮磷含量测定，系统分析了环境与宿主因素的影响权重。

【研究结果】

1. 宿主物种主导FEF群落构建
   通过NMDS分析和PERMANOVA检验，发现宿主物种解释43%的群落变异，显著高于草丘位置(18%)。有趣的是，亲缘关系近的赤杨和卵叶桦具有更相似的FEF组成，暗示系统发育保守性在微生物筛选中的作用。

2. 宿主特异性OTUs的致病属性
   在检测到的436个OTUs中，55%仅存在于单一宿主。功能注释显示这些"专属房客"多为植物病原菌(如Taphrina、Venturia)，其中杜鹃的特有OTU Exobasidium vaccinii相对丰度达4.65%，可能与该植物特有的防御代谢物有关。

3. 广谱定居者的生存策略
   与宿主特异性OTUs形成鲜明对比的是Cladosporium sp.(OTU339)和Sphaerulina sp.(OTU81)这两个"跨界明星"，它们在三种宿主中占比超15%，体现其对不同植物化学环境的强大适应能力。

4. 地理距离的微弱影响
   Mantel检验显示，相距5米以上的草丘间FEF群落差异不显著(r=0.11, p=0.21)，证实微生境差异对群落构建影响有限，强化了宿主筛选的主导地位。

【结论与意义】
这项研究通过精妙的自然实验设计，证实了在环境均质化的沼泽生态中，宿主物种身份及其系统发育关系是塑造FEF群落的首要因素。特别值得注意的是，宿主特异性OTUs多为潜在病原菌，这暗示植物可能通过化学防御等手段"选择性培养"某些真菌，形成独特的防御策略。研究首次在沼泽这一特殊生境中验证了"植物-微生物共进化"假说，为理解生态系统稳定性维持机制提供了新思路。

未来研究可进一步解析叶片次生代谢物(如杜鹃的萜类化合物)如何影响FEF定殖，以及地下菌根网络与地上真菌群落的联动机制。这些发现对濒危植物卵叶桦的保护具有启示意义——其特有的FEF群落可能是适应特殊环境的"微生物护甲"，在迁地保护时需予以重视。