《Physiological and Molecular Plant Pathology》：Metabarcoding Reveals Rhizosphere Microbiome Differences in Healthy and Basal Rot-Affected Dragon Fruit Plants.
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本研究通过高通量测序分析秘鲁亚马逊地区四种植场健康与基腐病龙利果植株的根际微生物群落，发现细菌群落结构显著改变（多样性降低，耐应力菌群富集），而真菌群落稳定；土壤pH和交换性铝调控细菌群落差异程度，揭示细菌群落是植株健康的敏感指标，为可持续种植管理提供依据。
作者：Marly Guelac Santillan、Paul Fernandez Castro、Angel F. Huaman Pilco、Richard Estrada、Pedro Rodríguez Grados、Carlos I. Arbizu
研究团队：植物细胞内病理学研究小组，隶属于亚马逊地区Toribio Rodríguez de Mendoza国立大学（UNTRM）可持续发展研究学院，位于秘鲁Chachapoyas省，邮编01001
摘要
根际微生物组对植物健康起着至关重要的作用，然而在Selenicereus megalanthus（黄龙果）中的动态变化仍知之甚少。本研究采用高通量测序技术，分析了秘鲁亚马逊地区四个商业种植基地中健康植株与基部腐烂植株根际中的细菌和真菌群落。针对16S rRNA（细菌）和ITS（真菌）基因区域的扩增子测序（Metagenomics Sequencing, WOBI）显示，微生物群落结构与植物健康状况存在关联。多变量分析表明，细菌微生物组发生了明显的疾病驱动性重组，表现为与健康相关的类群（Xanthobacteraceae、Geminicoccaceae、Nocardioidaceae）的减少，以及寡营养型和耐逆境类群（Nitrososphaeraceae、Acidobacteriaceae亚群1）的富集。相比之下，真菌群落结构相对稳定，主要表现为与病原体相关的Nectriaceae类群的增加。土壤物理化学性质，尤其是pH值、交换性铝和养分水平，调节了细菌分化的程度，突显了土壤因素对微生物组稳定性的影响。
我们的研究结果证明了S. megalanthus基部腐烂与以细菌为主的菌群失调有关，同时表明真菌群落是整个生态系统中的结构稳定组成部分。这些结果表明，疾病的发生与植物-微生物-土壤之间的反馈关系密切相关，而不仅仅是病原体的存在。这些发现有助于开发基于微生物组的早期预警指标和可持续管理黄龙果的土壤健康策略。
引言
Selenicereus megalanthus（黄龙果）属于仙人掌科，原产于南美洲的热带地区，主要分布于厄瓜多尔、哥伦比亚、秘鲁和玻利维亚[1]。由于其耐旱性和适应性，这种水果已被引入热带和亚热带地区，成为干旱环境中的有前景的作物。此外，由于其营养价值和抗氧化成分，黄龙果在国际市场上受到了广泛关注[2][3]。该水果因其营养和药用价值而备受推崇[4]，并且由于富含维生素、抗氧化剂、纤维和必需矿物质，在国内外市场上都非常受欢迎[5]。然而，这种扩张也带来了日益严重的植物保护问题，尤其是真菌病害对作物产量的影响[6]。
S. megalanthus虽然在南美洲广泛种植，但它极易受到植物病原体的侵袭，对生产和可持续性构成严重威胁[7]。在这种情况下，土壤微生物在陆地生态系统中起着关键作用，不仅影响作物产量和群落组成，还调节植物对环境因素的响应[8][9]。根际作为植物与土壤的交界处，是微生物多样性的热点区域，其微生物群落与土壤整体不同[10]，这促使研究从单一微生物层面转向了群落层面的研究[11]。尽管土壤微生物组研究取得了显著进展，但由于分类学多样性高、功能冗余以及植物-土壤-微生物相互作用受环境因素影响较大，仍存在许多未解之谜[10][12]。
在根际环境中，有益微生物和有害微生物共存。有益微生物可以促进植物生长、增强养分吸收或抑制土壤传播的病原体[13][14]，而有害微生物（尤其是植物病原体）则会显著降低作物产量[15]。在黄龙果种植中，细菌和真菌病原体是导致产量损失的主要因素[16]。
诸如
Botryosphaeria dothidea、
Colletotrichum gloeosporioides和
Fusarium oxysporum等病原体常引起茎部和果实腐烂，在严重情况下甚至会导致作物废弃[17]。基部腐烂已成为最具经济破坏性的病害之一，影响高达70%的出口级果实[18]。特别是软茎腐烂会严重影响果实品质和产量[7][19]。
F. oxysporum这种高度侵袭性的土壤传播病原体也在西班牙的Prunus cerasifera上被报道[20]，并且在秘鲁已被确认为番荔枝基部腐烂的致病菌，感染率高达100%[21]。
高通量测序（HTS）结合扩增子宏基因组学技术已成为分析微生物群落的重要工具，能够深入研究其与植物种类和健康状况的关联[22]。
我们假设S. megalanthus的基部腐烂是由多种生物和非生物因素共同作用引起的，这些因素导致根际细菌和真菌群落发生可量化的变化。具体来说，我们预计健康植株与病株之间的细菌和真菌在多样性和组成上会有显著差异。本研究首次在亚马逊地区的四个不同地点进行整合分析，为了解环境因素如何影响番荔枝根际微生物组的响应提供了新的见解。
实验描述与采样
共收集了来自秘鲁亚马逊地区四个种植基地（Matiaza Rimachi、Cocahuyco、Cochamal和Huambo）的45个样本，这些地点既有健康植株也有基部腐烂的植株（见图1和表1）。按照[23]中的方法，从每株植物周围四个方向、距离茎部50厘米、深度0-30厘米处采集土壤样本。首先用铲子清除表层落叶。
α多样性
健康植株的细菌群落表现出更高的多样性、丰富度、均匀度和系统发育多样性（见图S3和表S2），而真菌群落在不同条件下没有显著差异，表明其结构相对稳定。
根据植物健康状况，细菌和真菌群落的α多样性表现出不同模式。对于细菌（见图2A），Shannon指数显示健康植株的多样性更高。
讨论
S. megalanthus的基部腐烂对根际微生物组产生了深远且不对称的影响，显著重构了细菌群落，而真菌群落则保持相对稳定。这一现象与先前的研究结果一致，即细菌对病原体入侵、根部腐烂和根际沉积物破坏的反应比真菌更快更敏感[13][14]。
α多样性分析显示，健康植株的细菌丰富度和均匀度显著降低。
结论
S. megalanthus的基部腐烂引发了细菌菌群失调，降低了多样性并富集了耐逆境类群，而真菌群落结构保持稳定。这些变化反映了病原体对根系分泌物和土壤微生境的调控作用。土壤性质（尤其是pH值和交换性铝）影响了微生物组破坏的程度。研究结果表明，细菌是反映植物健康状况的敏感指标。
作者贡献声明
Paul Fernandez Castro：负责撰写、审稿与编辑、原始草稿编写、软件使用、方法论设计、实验实施、数据分析及数据管理。
Angel F. Huaman Pilco：负责撰写、审稿与编辑、原始草稿编写、项目监督、资源协调、方法论设计、实验实施、资金争取及概念框架构建。
Marly Guelac Santillan：负责撰写、审稿与编辑、原始草稿编写、项目监督、软件使用、资源协调及方法论设计。
数据公开声明
本文支持的原始数据将由作者无保留地公开。
利益冲突
作者声明不存在任何利益冲突。
资金支持
本研究由CUI项目（项目编号2590699）资助，该项目旨在改善亚马逊地区Chachapoyas省Magdalena地区的Toribio Rodríguez de Mendoza国立大学“CIF”水果研究中心的科学、技术和技术创新推广服务。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
我们非常感谢农民们允许我们采集土壤样本，感谢后勤支持人员Jherson Rojas Vargas在番荔枝田中的协助，同时感谢UNTRM-Data Science服务器为数据分析提供便利。亚马逊地区Toribio Rodríguez de Mendoza国立大学的研究办公室为文章处理费用（APC）提供了资金支持。
