野生与栽培智利草莓根际微生物组的比较宏基因组学分析揭示与胁迫适应相关的关键微生物群落转变

研究人员针对智利草莓(Fragaria chiloensis)在驯化过程中根际微生物组的结构与功能变化问题，通过高通量宏基因组测序技术，首次系统比较了野生(f. patagonica)与栽培(f. chiloensis)型草莓根际微生物群落差异。研究发现野生型根际以Frankia和Bradyrhizobium为主导，而栽培型表现出更高的属水平多样性但保留核心生态功能。代谢重建揭示了Frankia和Nocardia分别作为野生与栽培样本中的高生物量类群，携带大量生物合成基因簇(BGCs)，将植物生长与特殊代谢产物(如渗透保护剂)相关联。该研究为可持续农业的"One Health"策略提供了重要理论依据。

　　

在智利广袤的土地上，生长着一种具有重要农业价值的野生草莓——智利草莓(Fragaria chiloensis ssp. chiloensis)。这种草莓不仅存在野生型(f. patagonica)，还有经过数百年人工栽培的"白草莓"(f. chiloensis)。随着现代农业发展，一个重要科学问题日益凸显：人类驯化过程如何改变了植物与根际微生物的共生关系？这些变化又如何影响植物的环境适应能力？

智利天主教圣康塞普西翁大学(Universidad Católica de la Santísima Concepción)生物医学研究实验室的Carlos Farkas团队开展了开创性研究。他们首次采用高通量宏基因组测序技术，系统比较了野生与栽培型智利草莓根际微生物群落的结构与功能差异。这项发表在《Current Research in Microbial Sciences》的研究揭示了驯化过程如何重塑根际微生物组，为开发可持续农业策略提供了新视角。

研究人员采用了多项关键技术：从智利四个地区采集10份根际样本(7份野生型，3份栽培型)；使用metaSPAdes和Megahit进行宏基因组组装；通过Vamb和SemiBin工具进行序列分箱获得MAGs；利用antiSMASH鉴定生物合成基因簇(BGCs)；采用gapseq工具进行代谢网络重建和通量分析；通过Roary进行泛基因组分析。

研究结果展现出丰富发现：

3.1 野生与栽培F. chiloensis根际宏基因组的特征

野生根际以Frankia和Bradyrhizobium为主导，而栽培样本表现出更高属水平多样性。野生样本中Frankia bin2基因组完整度达84.51%，栽培样本中Nocardia和Arachidicoccus分别达到98.59%完整度。

3.2 生物合成基因簇(BGCs)分析

野生样本中Frankia携带多种聚酮合酶(PKS)和非核糖体肽合成酶(NRPS)基因簇，而栽培样本中Nocardia含有独特的渗透保护剂(如ectoine)合成基因。

3.3 土壤养分胁迫驱动代谢适应

栽培土壤存在钾、钙、铁缺乏和铜、铝过量等问题，对应微生物演化出特异适应策略，如Burkholderiaceae产生磷酸盐代谢基因。

3.4 比较代谢分析

Frankia在野生样本中主导氨基酸和能量代谢，而栽培样本中Nocardia和Streptacidiphilus在碳水化合物代谢中表现突出。

3.5 代谢通路预测与模型重建

通量分析显示野生样本中Frankia产生大量乙酸和CO₂，而栽培样本中Nocardia表现出高生物量积累和NH₃释放。

讨论部分揭示了多项重要意义：野生环境中Frankia与宿主的共生关系高度特化，其生长依赖宿主分泌的特定化合物；栽培环境促使微生物群落向更高代谢多样性发展，特别是产生渗透保护剂(如ectoine)的能力；研究首次发现智利草莓根际微生物携带的BGCs与土壤养分状况存在明确关联。

这项研究不仅首次绘制了智利草莓根际微生物组图谱，更重要的是揭示了农业实践如何通过改变土壤环境来重塑微生物群落。发现的ectoine等渗透保护剂合成基因为开发抗逆作物提供了新靶点，而"One Health"框架下的微生物组分析策略，为理解农业生态系统健康提供了范例。这些发现对保护智利本土作物遗传资源、开发可持续农业技术具有重要指导价值。