西班牙谷物中真菌群落的宏条形码特征分析，重点关注镰刀菌属物种

《Microbial Ecology》：Metabarcoding Characterization of Fungal Communities in Spanish Cereals with a Special Focus on Fusarium Species

　　

摘要

谷物安全是一个重要的公共卫生问题，因为农作物常常受到产霉菌素的真菌侵害，尤其是镰刀菌属的真菌。尽管宏条形码技术是分析这些真菌群落的强大工具，但通用的内部转录间隔区2（ITS2）标记缺乏足够的分辨率来区分具有不同毒素生成特性的近缘物种。本研究的目的是准确描述西班牙谷物田样本中的真菌群落以及特定的镰刀菌群落结构。我们在QIIME 2环境中提出了一种高分辨率的宏条形码分析流程，利用翻译延伸因子1-α（TEF1）基因来优化镰刀菌的鉴定。我们基于FUSARIUM-ID v.3.0构建的数据库训练了一个TEF1朴素贝叶斯分类器，并加入了真核生物序列以避免误判。该方法通过与同一样本中的ITS2结果进行直接比较得到了验证。正如预期的那样，ITS2显著低估了镰刀菌的多样性，而TEF1则能实现该属内物种级别的精确识别。使用ITS2进行的总体真菌群落分析表明，真菌群落主要受地理位置影响，而非宿主谷物种类。重要的是，我们的方法确认了诸如长塞氏镰刀菌和禾谷镰刀菌等关键产毒物种的存在，同时通过持续检测传统方法常忽视的物种，如木屑镰刀菌、尖头镰刀菌和茎秆镰刀菌，揭示了更丰富的多样性。我们得出结论，我们的宏条形码分析框架显示西班牙谷物中存在较高的镰刀菌多样性，这一知识对于设计针对性策略以预测和减少这些作物中的霉菌素污染至关重要。

图形摘要

谷物安全是一个重要的公共卫生问题，因为农作物常常受到产霉菌素的真菌侵害，尤其是镰刀菌属的真菌。尽管宏条形码技术是分析这些真菌群落的强大工具，但通用的内部转录间隔区2（ITS2）标记缺乏足够的分辨率来区分具有不同毒素生成特性的近缘物种。本研究的目的是准确描述西班牙谷物田样本中的真菌群落以及特定的镰刀菌群落结构。我们在QIIME 2环境中提出了一种高分辨率的宏条形码分析流程，利用翻译延伸因子1-α（TEF1）基因来优化镰刀菌的鉴定。我们基于FUSARIUM-ID v.3.0构建的数据库训练了一个TEF1朴素贝叶斯分类器，并加入了真核生物序列以避免误判。该方法通过与同一样本中的ITS2结果进行直接比较得到了验证。正如预期的那样，ITS2显著低估了镰刀菌的多样性，而TEF1则能实现该属内物种级别的精确识别。使用ITS2进行的总体真菌群落分析表明，真菌群落主要受地理位置影响，而非宿主谷物种类。重要的是，我们的方法确认了诸如长塞氏镰刀菌和禾谷镰刀菌等关键产毒物种的存在，同时通过持续检测传统方法常忽视的物种，如木屑镰刀菌、尖头镰刀菌和茎秆镰刀菌，揭示了更丰富的多样性。我们得出结论，我们的宏条形码分析框架显示西班牙谷物中存在较高的镰刀菌多样性，这一知识对于设计针对性策略以预测和减少这些作物中的霉菌素污染至关重要。

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