多组学揭示类黄酮通过根际微生物组介导非本地植物对本地红树植物的竞争抑制机制

《Microbiome》：Flavonoid-mediated plant-microbiome interactions shape competitive outcomes between native and non-native mangroves

　　

摘要

背景

了解非本地植物如何胜过本地物种是生态学中的一个核心问题，对生态系统管理也至关重要。研究表明，植物与微生物组的相互作用会影响竞争结果和入侵成功，但这些背后的机制至今仍尚未被充分理解。这在全球重要的蓝碳生态系统（如红树林）中尤为关键，因为已知非本地物种Sonneratia apetala会抑制本地物种Kandelia obovata的生长。然而，这种竞争抑制的机制至今尚未明了。

结果

在这项研究中，我们通过多组学分析（宏基因组学、转录组学和代谢组学）在受控实验条件下研究了S. apetala与K. obovata之间的种间竞争。我们发现，与S. apetala共培养使K. obovata的干生物量减少了25.0%，并下调了类黄酮生物合成相关基因的表达，同时根系分泌物中的类黄酮含量也降低（如儿茶素、baohuoside I、phloretin）。此外，类黄酮被确定为与根际微生物组变化相关的关键根系分泌物，而在共培养条件下K. obovata中这些分泌物的减少伴随着某些微生物群（如、）相对丰度的下降，这些微生物群携带参与氮固定、磷循环和钴胺素生物合成的基因。另外，在无植物的沉积物中添加儿茶素（一种代表性的类黄酮）后，与这些过程相关的微生物功能基因的丰度增加，这表明儿茶素可以在无植物沉积物的条件下改变微生物的功能谱型。

结论

我们的研究结果阐明了类黄酮介导的植物-微生物组相互作用如何影响非本地物种S. apetala与本地物种K. obovata的竞争结果，为理解生物入侵提供了机制上的见解。这项研究为将来将红树林-微生物组相互作用纳入红树林重新造林和蓝碳管理中的微生物组工程提供了方向。

视频摘要

背景

了解非本地植物如何胜过本地物种是生态学中的一个核心问题，对生态系统管理也至关重要。研究表明，植物与微生物组的相互作用会影响竞争结果和入侵成功，但这些背后的机制至今仍尚未被充分理解。这在全球重要的蓝碳生态系统（如红树林）中尤为关键，因为已知非本地物种Sonneratia apetala会抑制本地物种Kandelia obovata的生长。然而，这种竞争抑制的机制至今尚未明了。

结果

在这项研究中，我们通过多组学分析（宏基因组学、转录组学和代谢组学）在受控实验条件下研究了S. apetala与K. obovata之间的种间竞争。我们发现，与S. apetala共培养使K. obovata的干生物量减少了25.0%，并下调了类黄酮生物合成相关基因的表达，同时根系分泌物中的类黄酮含量也降低（如儿茶素、baohuoside I、phloretin）。此外，类黄酮被确定为与根际微生物组变化相关的关键根系分泌物，而在共培养条件下K. obovata中这些分泌物的减少伴随着某些微生物群（如、）相对丰度的下降，这些微生物群携带参与氮固定、磷循环和钴胺素生物合成的基因。另外，在无植物的沉积物中添加儿茶素（一种代表性的类黄酮）后，与这些过程相关的微生物功能基因的丰度增加，这表明儿茶素可以在无植物沉积物的条件下改变微生物的功能谱型。

结论

我们的研究结果阐明了类黄酮介导的植物-微生物组相互作用如何影响非本地物种S. apetala与本地物种K. obovata的竞争结果，为理解生物入侵提供了机制上的见解。这项研究为将来将红树林-微生物组相互作用纳入红树林重新造林和蓝碳管理中的微生物组工程提供了方向。

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