《Plant and Soil》：Context-dependent colonisation of Banksia species by arbuscular mycorrhizal fungi across contrasting rainfall regions
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背景与目标：Banksia属（山龙眼科）根中缺乏木栓化外皮层，使其能够快速释放羧酸盐以活化磷，但也增加了其对土壤病原体的易感性。近期，来自高降雨区域的Banksia物种中存在丛枝菌根（AM）定殖的证据，促使研究人员重新评估Banksia物种与AM真菌之间的关联
背景与目标：Banksia属（山龙眼科）根中缺乏木栓化外皮层，使其能够快速释放羧酸盐以活化磷，但也增加了其对土壤病原体的易感性。近期，来自高降雨区域的Banksia物种中存在丛枝菌根（AM）定殖的证据，促使研究人员重新评估Banksia物种与AM真菌之间的关联。方法：研究人员在两个对比降雨位点采集了Banksia attenuata和B. sessilis的根和土壤样本，以表征AM真菌群落。此外，还从土壤样本中分离了卵菌，并利用原生土壤开展温室实验，以验证活体AM真菌的存在。结果：在高降雨的Warren位点，两种Banksia物种均出现AM定殖，并分离出五种卵菌；而在较干燥的Jurien Bay位点，未观察到定殖，仅分离出一种卵菌。在两种Banksia物种中，根样本的AM真菌α多样性均低于土壤样本，根中由Glomeraceae科主导，而土壤中则富集了Gigasporaceae科和Acaulosporaceae科。此外，Endogonaceae科出现在B. attenuata根中，但在B. sessilis中基本缺失。结论：这些结果表明，两种Banksia物种在湿润条件下维持情境依赖性的菌根共生关系，挑战了其传统上被归类为非菌根植物的分类。
论文解读文章
**研究背景、存在问题与研究目的**
长期以来，植物分类学传统上将对菌根真菌的依赖性视为一种系统发育保守性状，并将许多植物科属归类为专性菌根、兼性菌根或非菌根植物。山龙眼科（Proteaceae），包括Banksia属，通常被认为是一个非菌根科。Banksia物种以其典型的簇生根（cluster roots）而闻名，这些根能分泌羧酸盐（carboxylates）以溶解土壤中结合的磷（P），从而适应极度贫磷的土壤。尽管丛枝菌根真菌（AM fungi）能增强植物对磷等限制性资源的获取，但Banksia已进化出高效的磷获取策略，因此通常被认为不依赖AM真菌进行营养吸收。然而，近期在高降雨区域发现Banksia物种中存在AM定殖的证据，以及观察到AM真菌在Banksia根中出现的现象，挑战了其为完全非菌根属的长期观点。此外，在极度贫磷的生态系统中，菌根的作用可能并非磷获取，而是提供由菌根介导的防御，以抵御生物胁迫。这些发现促使研究人员重新评估Banksia的菌根状态，并探索促进AM共生关系形成的生态因素。同时，由于Banksia根缺乏木栓化外皮层，这使其更易遭受土壤病原体的攻击，尤其是在高降雨环境下。因此，本研究旨在探究Banksia物种在不同降雨条件下是否建立AM共生关系，以及这种关系是否与病原体压力相关。研究人员假设：（1）高降雨位点的Banksia可能机会性地与AM真菌结合，而干燥位点的同种Banksia则不会出现菌根定殖；（2）较湿润的Warren位点含有更高多样性的病原卵菌；（3）所有Banksia栖息地的土壤都含有足够的有活性的AM繁殖体，足以支持菌根依赖性宿主植物的定殖。
**主要技术方法**
研究人员选取西澳大利亚的两个对比降雨区域作为研究位点，即高降雨的Warren海相砂丘序列（年均降雨量1185 mm）和干燥的Jurien Bay海相砂丘序列（年均降雨量533 mm）。从这两个位点采集了Banksia attenuata和B. sessilis的根和土壤样本，利用18S rRNA基因区域的特异性引物进行扩增和Illumina测序，以表征AM真菌群落。同时，采用土壤诱饵技术（soil baiting technique）分离卵菌（oomycetes），并通过ITS测序进行鉴定。此外，研究人员利用两种高菌根依赖性宿主植物——Trifolium subterraneum和Anthosachne scabra，在原生土壤中进行温室实验，以验证土壤中活体AM真菌的存在及其定殖潜力。
**研究结果**
**1. 从土壤中分离的卵菌类群**
研究人员从Warren位点的土壤中分离出一种Phytophthora cinnamomi以及四种属于Globisporangium属的卵菌（包括G. spiculum、G. mamillatum和两种未鉴定种）；而从Jurien Bay位点仅分离出G. irregulare。这表明湿润的Warren位点存在更高的潜在病原卵菌多样性。
**2. Banksia根中的AM定殖**
在Warren位点，两种Banksia物种的根中都检测到了典型的AM真菌结构，包括丛枝（arbuscules）和囊泡（vesicles），但总体定殖率非常稀疏，难以可靠量化。相反，在Jurien Bay位点采集的根中未检测到任何AM结构。
**3. AM真菌群落α多样性**
线性混合效应模型显示，距离（根、植物下方土壤、远离植物土壤）显著影响两种Banksia的AM真菌ASV丰富度和Shannon多样性。对于B. attenuata，根样本的ASV丰富度和Shannon多样性显著低于两种土壤样本，且Jurien Bay位点根样本的α多样性显著低于Warren位点。对于B. sessilis，根样本的α多样性也显著低于土壤样本，但两个位点间的α多样性无显著差异。
**4. AM真菌群落组成**
置换多元方差分析（PERMANOVA）表明，地理位点和距离均显著影响AM真菌群落组成，且两者存在交互作用。两个位点的根相关AM群落均以Glomeraceae科为主（B. attenuata: 78.8%-85.7%；B. sessilis: 68.1%-85.1%）。Endogonaceae科主要出现在B. attenuata根中，但在B. sessilis中基本缺失。土壤群落中Glomeraceae比例较低，而Gigasporaceae科、Acaulosporaceae科和Diversisporaceae科比例较高。
**5. 与Banksia相关的AM真菌ASV模式**
在B. attenuata根中鉴定出75个AM真菌ASV，其中仅有两个根专属的Glomeraceae科ASV在两个位点之间共享。在B. sessilis根中鉴定出50个AM真菌ASV，无根专属ASV在两个位点之间共享。这种近乎完全的根专属ASV更替表明Banksia与AM真菌的关联具有强烈的情境依赖性。
**6. 温室实验中的AM定殖**
在宿主植物T. subterraneum和A. scabra的根中，来自Warren和Jurien Bay位点的土壤均能支持AM真菌定殖，但定殖率较低。在施磷（P）补充后，所有土壤条件下的AM定殖率均显著提高，证明这些极度贫磷的土壤中确实存在有活性的AM真菌繁殖体。
**讨论与结论**
研究人员在讨论部分指出，传统的观点认为Banksia是非菌根植物，但本研究结果挑战了这一观点，证实了两种Banksia物种在湿润的Warren位点存在AM定殖，而在干燥的Jurien Bay位点则无。这种条件性的AM共生建立可能与湿润环境下更高的病原卵菌压力相关。尽管温室实验证实了Jurien Bay土壤中也存在有活性的AM真菌，但Banksia根中未出现定殖，这可能是因为在这种极端磷限制条件下，AM真菌的营养贡献不足以抵消其碳成本，因此植物通过宿主调控限制了真菌的扩展。研究人员推测，在Warren位点，Banksia可能通过AM共生关系获得非营养性益处，如防御土传病原体，从而解释了为何在极度磷限制下仍能维持AM共生。分子数据进一步表明，Banksia根选择了周围土壤中较受限的AM真菌亚群，且Glomeraceae科在根中占主导地位，这与该科快速定殖和潜在的病原体抑制能力一致。结论部分翻译如下：
**结论**
本研究挑战了将Banksia视为严格非菌根属的传统观点，并表明在某些降水更高、土传病原体更普遍的生态条件下，可能会发生AM定殖。潜在的非营养性益处为Banksia为何在极端磷限制下偶尔形成AM共生提供了生态学解释。该发现突显了植物-真菌互作的结果并非固定，而是随环境条件变化而变化。分子数据进一步表明，Banksia根只容纳了周围土壤中AM真菌群落的一个相对受限的子集。在AM真菌谱系中，Glomeraceae科主导根相关群落，而Gigasporaceae科和Acaulosporaceae科主要存在于周围土壤中。值得注意的是，Endogonaceae科（Mucoromycotina）主要出现在B. attenuata根中，表明宿主身份可能影响该真菌类群的出现。总体而言，这些发现表明，历史上被视为非菌根的植物在某些生态条件下可能具备形成菌根共生关系的能力。这种情境依赖性定殖突显了在极度贫磷生态系统中植物-微生物互作的生态特异性。
