英国作物微生物组冷冻库数据资源AgMicrobiomeBase的建立及其在代谢条形码分析中的应用与案例研究

本研究针对英国主要经济作物微生物组数据缺乏标准化资源的问题，建立了首个整合冷冻样本库与多组学数据的UK Crop Microbiome Cryobank（UKCMCB）项目。研究人员通过16S rRNA基因和ITS区域扩增子测序，系统分析了6种作物在9类土壤中的根际微生物组特征，开发了可扩展的数据目录AgMicrobiomeBase。三个案例研究揭示了土壤质地/地理位置对微生物组的调控作用，鉴定了甜菜核心微生物组，并解析了小麦根际镰刀菌属（Fusarium）的分布规律。该资源为植物-微生物互作研究和可持续农业发展提供了重要基线数据，成果发表于《Environmental Microbiome》。

　　

土壤作为地球上微生物密度和多样性最高的环境之一，其微生物群落与作物的互作关系直接影响农业生产。然而，当前研究多集中于小麦、水稻等主粮作物，对英国重要经济作物（如蚕豆、油菜等）的微生物组缺乏系统认知。更关键的是，现有微生物组数据往往与样本物理库脱节，且缺乏标准化的土壤-作物配对设计，这严重限制了数据的可比较性和实际应用价值。

为突破这些局限，由Payton To Yau、Rodrigo G. Taketani等组成的跨国团队在《Environmental Microbiome》发表了UK Crop Microbiome Cryobank（UKCMCB）项目成果。研究选取6种英国主要作物（蚕豆、油菜、大麦、燕麦、春小麦和甜菜），在代表3种质地类型的9个英国农田土壤中进行盆栽实验，建立了首个将冷冻样本库与多组学数据联动的资源平台AgMicrobiomeBase。

研究采用Illumina MiSeq平台进行16S rRNA基因V3-V4区和ITS1区扩增子测序，通过QIIME2流程进行质量控制、DADA2去噪和Silva/UNITE数据库分类。应用ConQuR算法校正批次效应，利用Phyloseq包进行α/β多样性分析。样本队列包含54种作物-土壤组合（各5个生物学重复）及45个无作物对照，所有数据通过欧洲核苷酸档案（ENA）PRJEB58189公开。

土壤类型与地理位置驱动微生物组变异

通过Bray-Curtis距离的NMDS分析发现，甜菜根际微生物组在赫特福德郡粘壤土（SC-HE）形成独特聚类，而白金汉郡粘土（CY-BU）则表现出最显著的根际效应（p=0.008）。

显示不同质地土壤中微生物群落结构差异显著，尤以粘土与粘壤土的分离最为明显。

作物特异性核心微生物组鉴定

UpSet分析揭示甜菜在9种土壤中共享40个核心细菌属，包括潜在的生防菌Ohtaekwangia（拟杆菌门）。

显示粘土地点间存在Luteitalea（酸杆菌门）等共有菌属，而其他质地土壤则无此共性，表明粘土物理结构可能选择特定微生物类群。

病原菌分布的地理特异性

在小麦根际真菌组中，镰刀菌属（Fusarium）的5个物种呈现明显地理偏好：F. equiseti在白金汉郡粘土（CY-BU）占优势，而F. nurragi在什罗普郡砂壤土（SL-SH）更丰富。

显示这种分布差异可能与土壤抑制性有关，如核心菌群中发现的潜在拮抗菌株。

该研究创建的AgMicrobiomeBase平台首次实现了英国作物微生物组数据与冷冻样本的联动，其标准化设计为跨研究比较提供了可能。案例研究证实土壤质地和地理位置共同塑造根际微生物组，而核心菌群的发现为合成微生物群落（SynComs）设计提供了靶标。特别值得注意的是，粘土中保守菌属的发现暗示土壤物理结构可能是微生物组装配的关键驱动力，这对土壤改良策略具有指导意义。未来该资源将通过添加宏基因组和细菌分离株基因组数据继续扩展，为植物-微生物互作机制研究和农业微生物组工程奠定基础。