普通菜豆种子萌发圈代谢组与微生物组的互作机制及其对作物健康的影响

这篇研究首次全面解析了普通菜豆(Phaseolus vulgaris L.)萌发圈(spermosphere)的代谢组(LC-MS/MS检测2,467个代谢特征)与微生物组(19个细菌科和23个真菌科)，揭示了基因型主导代谢物组成(如氨基酸、黄酮类、萜类)，而环境与基因型共同调控微生物群落的结构。通过多尺度关联分析发现特异性互作关系，如黄酮类与芽孢杆菌(Bacillus spp.)的负相关性，为开发基于种子健康的可持续农业策略提供了新框架。

　　

化学与微生物多样性特征
萌发圈作为种子萌发时形成的动态微环境，其化学组成通过非靶向代谢组学鉴定出2,467个代谢特征(Mf)，其中21%可归类为14个代谢类别，以氨基酸衍生物(140个)、黄酮类(126个)和萜类(55个)为主。微生物群落分析显示，细菌以变形菌门(Pseudomonadota, 75.8%)和厚壁菌门(Bacillota, 23.2%)为主导，其中泛菌属(Pantoea)占比最高(33.7%)；真菌则以子囊菌门(Ascomycota, 97.1%)为主，链格孢属(Alternaria)和匍柄霉属(Stemphylium)为优势菌群。

基因型与环境调控规律
主成分分析(PCA)和PERMANOVA表明，基因型是代谢组变异的主要驱动因素(如CON和FAC基因型特异性积累儿茶素和锦葵色素-3-O-半乳糖苷)，而微生物群落同时受基因型(细菌23%、真菌19%)和产地(真菌43%)影响。细菌α多样性显著受产地调控，而真菌多样性则受基因型与产地交互作用影响。

代谢物-微生物互作网络
通过Spearman相关性网络(r≥│0.5│)构建的1,736节点网络显示，芽孢杆菌(Bacillus)与黄酮类呈显著负相关，如儿茶素(p89)和锦葵色素苷(p1858)抑制Bacillus megaterium生长(0.5%浓度完全抑制)。相反，氨基酸与芽孢杆菌呈正相关，暗示其可能作为碳源。富集分析发现，枝孢菌(Cladosporium)在黄酮类、萜类等代谢网络中过度表达。

实验验证与机制探讨
体外实验证实儿茶素对Bacillus megaterium(B_ASV14)的剂量依赖性效应：0.1%促进生长，0.5%则完全抑制。这种"毒物兴奋效应"(hormesis)与基因型依赖性黄酮积累模式相符，如CON基因型高表达儿茶素导致芽孢杆菌丰度最低。研究推测种子通过特异性代谢物(如黄酮)筛选微生物群落，可能影响后续幼苗健康。

研究意义与创新性
该工作首次整合多组学方法解析萌发圈生态，提出"种子通过代谢编程调控微生物组装"的假说。发现的关键互作关系(如黄酮-芽孢杆菌轴)为定向调控种子微生物组、开发抗病育种策略提供了分子靶点，同时建立了作物基因型-代谢-微生物互作的研究范式。