宿主遗传因素对辐射松根系微生物组的调控作用及其在森林育种中的潜在应用

本研究针对森林树木根系微生物组人工调控的挑战性，通过分析11种基因型8年生辐射松(Pinus radiata)的根系细菌和真菌群落，首次揭示了宿主基因型对真菌群落结构的显著影响。研究人员采用Illumina MiSeq测序和DADA2流程，发现真菌β多样性(β-diversity)与基因型显著相关（p<0.05），而细菌群落则主要受环境因素驱动。该成果为通过宿主育种间接调控有益微生物组提供了新思路，对提升林木气候适应性具有重要意义。论文发表于《Plant and Soil》。

　　

在气候变化加剧的背景下，森林树木面临着前所未有的生存压力。作为全球最重要的经济树种之一，辐射松(Pinus radiata)不仅在其原生地加利福尼亚濒临灭绝，同时在人工林中也面临着干旱、病害等新型威胁。传统育种策略主要关注地上部性状，而地下部与微生物的共生关系长期被忽视。根系微生物组作为植物的"第二基因组"，在养分吸收、抗逆性等方面发挥着关键作用，但如何利用这一"隐藏特性"提升树木适应性，成为林业科学亟待解决的难题。

Scion Group（新西兰生物经济科学研究所）的Natalie J. Graham团队创新性地将宿主遗传学与微生物生态学相结合，在8年生的辐射松遗传试验林中，选取11个代表全基因组多样性的基因型（每个基因型4个克隆个体），采用Illumina MiSeq平台对根系细菌（16S rRNA V4-V5区）和真菌（ITS区）进行扩增子测序。通过DADA2流程获得扩增子序列变异体(ASV)，运用PERMANOVA、CAP分析等多元统计方法，系统评估了基因型对微生物群落的影响。

关键技术包括：1）从44棵试验树（176个样本）按方位系统取样；2）PowerSoil Pro试剂盒提取DNA并构建16S/ITS文库；3）Illumina MiSeq双端测序（细菌2×250 bp，真菌2×300 bp）；4）DADA2流程处理获得10,597个细菌ASV和2,098个真菌ASV；5）使用Simpson指数(1-D)评估α多样性，Bray-Curtis距离分析β多样性；6）通过混合模型PERMANOVA解析基因型效应。

Host genetics influences the root microbiome of Pinus radiata

研究首次发现辐射松基因型显著影响根系真菌群落结构（PERMANOVA p_perm=0.001），但对细菌群落无显著影响。具体表现为：1）基因型解释真菌β多样性变异的24%（个体水平），而细菌仅3.3%；2）CAP分析显示真菌群落基因型预测准确率达35.9%，显著高于随机概率；3）基因型919与611、3114的真菌群落存在显著差异（p_perm<0.05）；4）ANCOM-BC2分析鉴定出5个丰度差异显著的真菌ASV，包括优势种Phialocephala fortinii。

Bacterial and fungal communities were highly diverse

微生物多样性分析显示：1）细菌Simpson指数(0.968-0.995)显著高于真菌(0.628-0.960)；2）核心微生物组包含37个细菌ASV（占序列29.6%）和8个真菌ASV（23.4%）；3）优势菌门为Pseudomonadota（48.2%），优势真菌为Agaricomycetes（43.8%）；4）基因型对α多样性无显著影响（p>0.05），但墨西哥岛源基因型611/3114呈现独特群落特征。

Discussion

该研究突破性地证实：1）在野外生长8年的成年树木中仍能检测到宿主遗传对真菌群落的调控，为"全息生物体"理论提供实证；2）环境过滤效应在细菌群落组装中占主导地位，而真菌群落受宿主-环境双重调控；3）黑暗有隔内生菌(DSE) Phialocephala fortinii作为最丰富ASV（9.24%），其功能多效性可能成为育种新靶点。这些发现为通过基因组选择培育"微生物组友好型"林木品种奠定了理论基础，尤其对改善辐射松在贫瘠土壤中的适应性具有重要应用价值。未来研究需结合根系表型组学，解析特定基因型-微生物互作机制，推动森林微生物组育种从理论走向实践。