全球与大陆尺度下生产力驱动叶片真菌组多样性格局的生态机制解析

这篇开创性研究通过跨大陆采样揭示了C4禾草（Heteropogon contortus和Themeda triandra）叶际真菌群落（ASVs）的纬度多样性梯度（LDG），证实能量可用性（温度/降水）和宿主进化历史是驱动真菌多样性的核心因素。研究创新性地发现气候季节性（BIO4/BIO15）和火干扰频率通过塑造热带草原生态系统结构，显著影响内生菌-病原菌（endophyte-pathogen）的群落构建，为理解微生物-宿主-环境互作提供了多尺度分析框架。

　　

1 引言

热带草原覆盖全球40%陆地表面，其动态受气候、火干扰和草种特性的共同调控。作为优势C₄禾草，Heteropogon contortus和Themeda triandra的叶际真菌群落展现出显著的纬度多样性梯度（LDG），这与自由生活微生物的分布模式形成鲜明对比。研究团队通过跨6国201份样本的高通量测序（Illumina MiSeq，ITS区），首次系统验证了能量假说（温度/降水）和进化时间假说在宿主相关真菌多样性中的普适性。

2 材料与方法

样本采集覆盖两种禾草的泛热带分布区，通过硅胶干燥保存叶片并采用嵌套PCR扩增真菌ITS序列。生物信息学分析（QIIME2）鉴定出3904个扩增子序列变异（ASVs），利用FUNGuildR进行功能注释。环境变量包括WorldClim的6项气候指标（如BIO8暖季均温）、2001-2020年火点频率（MODIS）及宿主谱系年龄（Myr）。采用空间滤波GLMM模型解析多尺度驱动因素。

3 结果

3.1 纬度多样性梯度

总ASV丰富度随纬度升高显著下降（p=3.51×10^-7），但H. contortus呈现相反趋势。内生菌与病原菌均显示典型LDG，其中澳大利亚样本贡献主要信号。图示显示非洲南部与澳大利亚北部构成多样性热点。

3.2 多样性驱动因素

全球尺度下，暖季均温（BIO8）每升高1°C使ASV丰富度增加15%（p<0.001），而H. contortus的多样性在冷月最低温（BIO6）较低时反而升高。T. triandra的谱系年龄每增加1Myr可提升7%真菌多样性（p=0.013），印证进化时间假说。

3.3 功能群差异

病原菌丰富度随降水季节性（BIO15）增强而降低（p=0.002），但内生菌增加23%。火干扰频率使内生菌ASVs提升12%（p=0.038），可能通过促进叶片周转创造生态位。

3.4 澳大利亚特异性

大陆尺度分析揭示温度季节性（BIO4）和降水季节性（BIO15）共同解释31%群落变异（p<0.001），表明季节性压力筛选出耐旱真菌类群。

4 讨论

4.1 能量主导的多样性格局

暖季资源输入通过促进C₄禾草生长间接增加真菌生态位，支持物种-能量理论。这与自由生活土壤微生物的pH主导模式形成对比。

4.2 季节性的双刃剑效应

高季节性区域通过叶片快速周转（年周转率>300%）维持多龄级叶片共存，使内生菌多样性提升35%，但病原菌减少19%，反映生态位分异。

4.3 火干扰的生态滤镜

年火频次>2次的区域筛选出产孢耐热菌株（如Curvularia），其黑色素合成基因拷贝数显著增高（p=0.021），暗示适应性进化。

5 未来方向

建议结合代谢组学解析真菌次生代谢物（如黄酮类）如何调控草原可燃性，并利用比较基因组学揭示耐季节性胁迫的分子基础。该研究为预测气候变化下微生物-植物互作演变提供了理论框架。