真菌内共生菌群与病毒的基因组解析：宿主特异性与系统发育关联的新视角

本研究通过整合宏基因组和转录组方法，首次系统揭示了山毛榉叶内生真菌中内共生细菌和病毒的群落结构与系统发育信号。研究人员针对8个真菌目19个菌株进行分析，发现细菌群落呈现显著宿主特异性（如Amphisphaeriales专属Moraxellales和Sphingomonadales），而病毒群落以dsDNA病毒（Bamfordvirae和Heunggongvirae）为主且多样性较低。该研究为理解多物种共生网络的进化机制提供了新见解，对开发基于微生物组的植物病害生物防治策略具有重要指导意义。

　　

在自然界错综复杂的共生网络中，真菌与微生物的隐秘互动长期被视为"黑箱"。山毛榉叶片中栖息着多样化的内生真菌，它们的菌丝体内暗藏着更为复杂的微生物世界——内共生细菌和病毒（endohyphal bacteria and viruses）。这些微观伙伴能显著改变宿主的生物学特性：从调控次级代谢产物的合成到逆转病原性表现，甚至影响植物-真菌互作的最终结局。然而，这个隐秘世界的多样性图谱、宿主选择偏好及其进化驱动力，仍是悬而未解的谜题。

美国鲍伊州立大学（Bowie State University）的研究团队在《Environmental Microbiome》发表突破性研究，首次通过多组学联用技术绘制了山毛榉内生真菌内共生微生物的全景图谱。研究人员从19株涵盖8个真菌目（包括Amphisphaeriales、Diaporthales等）的内生菌中提取总DNA和RNA，结合高通量测序（NovaSeq PE150）、透射电镜观察和系统发育分析，揭示了内共生菌群的组成规律与进化轨迹。特别值得注意的是，研究创新性地采用平衡数据集设计，通过Mantel检验和Procrustes分析量化了微生物群落与宿主真菌的系统发育关联。

研究方法展现出多技术融合的特色：通过低浓度抗生素处理结合连续传代培养获得"准无菌"真菌材料；采用metaSPAdes和rnaSPAdes分别组装宏基因组和宏转录组数据；利用Kaiju分类器基于NCBI RefSeq数据库进行微生物分类注释；构建包含ITS nrDNA、TEF和TUB基因的串联系统发育树；最后通过iNEXT包分析α多样性，vegan包进行β多样性和系统发育信号分析。

【内生微生物群落多样性】
透射电镜直接观察到菌株M5t和K21菌丝内存在细菌样结构（

），而宏基因组数据更揭示出惊人的细菌多样性——15,979,400条读数匹配到原核生物，每个样本平均检出2000+分类单元。值得注意的是，Amphisphaeriales、Diaporthales和Glomerellales三个真菌目展现出最高的细菌丰富度，且物种累积曲线未达平台期，暗示现有采样尚未完全捕获真实多样性。

【宿主特异性模式】
通过核心/驻留菌群分析发现，Bacillales、Burkholderiales等5个细菌目在80-100%样本中稳定存在（

）。多水平模式分析进一步识别出显著的宿主-微生物关联：Streptosporangiaceae特异性存在于Amphisphaeriales，而Enterobacteriaceae和Rhizobiaceae则偏好Glomerellales。系统发育信号检验显示细菌群落组成与宿主真菌进化关系显著相关（Mantel r=0.955，P=0.0026），支持"亲缘相近的真菌招募相似菌群"的假说。

【病毒群落特征】
与细菌相比，病毒多样性明显偏低，851,000条读数仅匹配到1,008个病毒分类单元。引人注目的是，dsDNA病毒（Duplodnaviria和Varidnaviria）占据主导地位，在部分样本中相对丰度高达60%（

）。宏转录组数据中虽检测到Diplodia scrobiculata RNA virus 1-like等dsRNA病毒，但信号微弱，这与传统认为真菌病毒以dsRNA为主的认知形成鲜明对比。

【方法学比较】
研究团队创新性地平行分析contig和read两种数据处理策略：read-based方法对细菌多样性更敏感（检出37个Amphisphaeriales相关指标分类单元），而contig-based方法在分类分辨率上表现更优，能稳定识别核心菌群。这种互补性策略为复杂微生物组研究提供了方法学范本。

该研究首次系统论证了内生真菌-微生物互作中存在"宿主系统发育过滤"机制，为理解多界共生系统的组装规则提供了理论框架。发现的核心细菌类群（如Burkholderiales）与已知能调控真菌次级代谢的菌株高度吻合，暗示其可能作为"微生物开关"调控真菌生物学功能。而病毒群落中dsDNA病毒的主导地位则挑战了传统认知，提示需要重新审视真菌病毒组的进化起源。这些发现不仅拓展了"全息生物体"（holobiont）概念的内涵，更为开发基于微生物组的植物病害调控策略提供了新思路——通过定向改造内共生菌群来精确调控真菌的生态功能。未来研究若能结合培养组学验证这些互作关系，将极大推动合成微生物群落技术在农业和医学领域的应用。