稀有类群驱动唐古特大黄次生代谢产物积累的关键作用及其生态机制研究

本研究针对药用植物唐古特大黄(Rheum tanguticum)次生代谢产物积累的微生物驱动机制这一关键科学问题，通过高通量测序和高效液相色谱技术，揭示了土壤-植物连续体中稀有真菌类群对活性成分积累的核心作用。研究发现稀有类群通过构建复杂共现网络，显著促进大黄根部蒽醌类、番泻苷等药用成分合成，为药用植物品质调控提供了新视角。该成果发表于《BMC Plant Biology》，为可持续药材生产提供了微生物组管理策略。

　　

在青藏高原独特的生态环境中，唐古特大黄(Rheum tanguticum)作为传统藏药的重要原料，其根部富含的蒽醌类、番泻苷等活性成分具有显著药理价值。然而随着工业化栽培的推广，野生与栽培品种的药用品质差异日益凸显。长期以来，植物微生物组研究多聚焦于优势类群，而稀有微生物在次生代谢调控中的作用机制仍是未解之谜。更关键的是，土壤与植物不同区室（包括根际、叶内等）微生物如何协同影响根部活性成分积累，这一科学问题亟待阐明。

中国科学院西北高原生物研究所青藏高原药用植物研究团队在《BMC Plant Biology》发表的最新研究，首次系统揭示了稀有真菌类群通过构建生态网络驱动唐古特大黄次生代谢产物积累的机制。研究人员采用多组学联用策略，在青海乐都区和果洛州两个海拔梯度样地，采集野生与栽培大黄的根际土、根、叶柄和叶片样本，通过ITS高通量测序分析真菌群落结构，结合HPLC定量检测4类活性成分。运用随机森林模型、共现网络分析和零模型等生态学方法，解析了微生物群落构建过程与药用成分的关联机制。

关键技术方法包括：1）跨海拔梯度设置野生与栽培对比样地；2）土壤-植物连续体五区室（根际土、根内等）样本采集；3）ITS1区扩增子测序与UNITE数据库注释；4）HPLC检测总蒽醌、番泻苷A/B和没食子酸含量；5）基于βNTI和RCBray值的群落构建过程分析；6）微生物共现网络与模块-代谢物关联分析。

研究结果首先显示海拔显著影响野生大黄品质，果洛州高海拔野生样本的总蒽醌（3.33%±0.16%）和番泻苷A（0.36%±0.02%）含量最高。通过α多样性分析发现，土壤真菌Chao1指数显著高于植物内生菌（P<0.001），且栽培地根际土多样性更高。NMDS分析表明生态位解释度最高（R²=0.43），显著高于地理位点和栽培方式的影响。

稀有类群展现出更窄的生态位宽度（Levin指数0.12±0.03）但更高的系统发育多样性（PD=185±26），其82.3%为子囊菌门（Ascomycota）。功能预测显示稀有类群包含更多"丛枝菌根"（Arbuscular Mycorrhizal）和"植物病原菌"（Plant Pathogen）等功能类群。零模型分析表明，稀有类群在土壤中主要受扩散限制（58.7%）影响，而植物内生稀有菌则以漂变（drift）为主导（63.4%）。

随机森林模型证实，根际土稀有类群是预测没食子酸含量的最佳指标（MSE%=31.7），而土壤稀有类群对番泻苷A/B的预测贡献最大。共现网络分析显示，稀有类群占据网络节点的89.2%，模块#2与总蒽醌呈显著正相关（r=0.72，P<0.01）。关键物种中，青霉属（Penicillium）OTU855与蒽醌积累正相关，被孢霉属（Mortierella）OTU361促进番泻苷A合成。

该研究创新性地揭示了三个重要机制：1）稀有真菌作为"种子库"通过狭窄生态位特化影响代谢通路；2）土壤稀有类群通过微生物网络向上传导至叶部内生菌，间接调控根部代谢；3）青霉属、被孢霉属等关键稀有菌可能通过合成类似物或激活植物防御反应促进活性成分积累。这些发现为理解药用植物-微生物互作提供了新范式，通过定向调控稀有微生物群落，有望实现药材品质的生态化提升，对高原药用植物资源可持续利用具有重要实践意义。