《Fungal Ecology》：Forest edge effects structure foliar fungal communities independent of host variation
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环境梯度与宿主基因型对云杉克隆体表生/内生真菌群落的影响
Austen Miller | Geoffrey Zahn
美国犹他州奥勒姆市犹他谷大学生物系，邮编84058
摘要
环境梯度和宿主基因型都会影响微生物群落的组成，但它们之间的相对作用难以区分。我们研究了占地43公顷的克隆白杨树（Populus tremuloides，俗称Pando）的叶部真菌群落，这棵树的所有茎干在基因上都是完全相同的。通过ITS宏条形码技术，我们分析了分布在克隆体内部和边缘的91对附生菌和内生菌群落。附生菌的多样性始终高于内生菌，且主要由Dothideomycetes类真菌主导，而内生菌则以Leotiomycetes类真菌为主，尤其是属。内生菌群落大多是从同一片叶子上的附生菌中衍生出来的子集，但这种重叠现象在靠近林缘的地方显著减少。空间分析显示，内生菌在靠近林缘的区域群落更易发生更频繁的更替，表明森林边缘的环境筛选作用更为强烈。这些结果表明，即使在单一的基因个体内部，边缘效应也能产生具有明显空间结构的真菌群落，从而阐明了扩散和筛选共同如何塑造与叶片相关的微生物多样性。
引言
微生物群落的形成不仅受到宿主特征的影响，还受到扩散限制和边缘效应等空间过程的影响。与植物相关的微生物组常常表现出距离衰减模式，即相距较远的宿主会拥有更多不同的微生物群落。这种现象在Magnolia grandiflora的叶际细菌中也有观察到，同一片森林内的树木表现出与地理距离相关的群落更替（Stone和Jackson，2016年）。根际和土壤相关的微生物组同样表现出空间自相关性，这通常是由土壤化学成分或其他局部非生物因素驱动的（Ku等人，2023年）。这些发现与更广泛的微生物生物地理学理论相符，该理论预测局部漂变和扩散限制即使在微观尺度上也能产生强烈的空间结构（Custer等人，2022年；Hanson等人，2012年）。
同时，植物基因型对微生物组的形成也有重要影响。在作物和模式植物中的研究表明，同一物种的不同基因型会拥有不同的根际、种子或叶部微生物组。例如，在Medicago中，根内菌群主要受宿主基因型决定，而根际菌群则反映了土壤环境（Brown等人，2020年）。相反，在野生Arabidopsis中，地理位置比宿主谱系更能解释微生物组的差异，这表明在自然条件下环境因素可能掩盖了基因效应（Roux等人，2023年）。因此，基因型和其他因素共同作用，边缘或距离效应实际上可能反映了宿主物种或基因型的更替，而不仅仅是真正的空间组装过程。
克隆白杨系统为我们提供了一个难得的机会来分离这些影响因素。对Glechoma longituba等克隆地被植物的研究显示，即使在单一基因个体内部，宿主驱动的选择也能主导微生物群落的组成（Li等人，2025年）。然而，这类系统的空间范围通常较小，限制了对景观尺度空间组装的测试。位于美国犹他州中部的Pando白杨克隆体被誉为地球上最大的树木，它代表了一个极端案例：一个单一的Populus tremuloides基因个体在大约43公顷的范围内具有恒定的基因型（DeWoody等人，2008年）。这个自然系统使我们能够在不受宿主基因更替干扰的情况下研究空间梯度和边缘效应。
在森林微生物组中，边缘效应尤为重要。森林内部和边缘的土壤和根际真菌群落往往存在差异，这反映了光照、温度和湿度等微气候的变化。在Alnus glutinosa中，菌根群落的组成会随着与边缘的距离和方向的不同而变化（Boeraeve等人，2019年），并且多项综述指出边缘附近的真菌生物量和多样性普遍较低（Crockatt，2012年；?uczaj和Sadowska，1997年）。然而，在大多数情况下，与边缘相关的变化与植物群落或基因型的变化同时发生，因此尚不清楚微生物边缘效应是由环境、宿主更替还是两者共同作用引起的。
我们的研究利用Pando作为自然实验来解决这个问题。由于整个林分的宿主基因型是恒定的，任何与边缘相关的真菌群落变化都应该更直接地反映环境筛选作用。基于先前的研究，我们预计内生菌的边缘结构会比附生菌更为明显，因为内生菌进入内部组织的限制更多。通过在一个克隆宿主的空间梯度上采样叶部内生菌和附生菌，我们测试了在去除宿主基因型变异后，预测的空间结构和边缘效应是否仍然会影响微生物群落的组成。
材料与方法
为了减少时间变异，我们在初秋的一天从犹他州Fishlake国家森林的Pando白杨克隆体（Populus tremuloides）中采集了叶片样本。采样沿着11条预先确定的路线进行，每隔25米设置一个采样点，覆盖了克隆体的内部和边缘区域。在每个采样点，我们从高度超过2米的成熟枝条上随机选取三片无可见损伤或衰老迹象的健康叶片。
结果与讨论
在树内的98个采样点中，我们共获得了91个高质量的附生菌群落和88个内生菌群落（图1）。附生菌的Shannon多样性始终高于内生菌（广义线性模型；P < 0.00005；平均值：1.94 vs 0.22），这一差异在克隆体内的地理分布中也得到了体现（图1）。这一对比与先前的观察结果一致，即叶表面栖息地比内部组织支持更多的分类多样性，这反映了它们暴露在更多不同环境中的情况。
CRediT作者贡献声明
Austen Miller：撰写初稿、方法论设计、研究实施、概念构建。
Geoffrey Zahn：审稿与编辑、撰写初稿、数据可视化、项目监督、资源协调、方法论设计、研究实施、资金获取、数据分析、数据管理。
资金致谢
本研究得到了美国国家科学基金会（NSF-1833880）的资助。
致谢
我们感谢Lauren Guerrero Silva在野外工作方面的帮助，以及Stephen Benson在实验室工作方面的协助。同时，我们也感谢犹他谷大学科学学院对本科生研究的支持。本研究得到了美国国家科学基金会（NSF-1833880）的资助。
