草本植物间作重塑土壤微生物群落并诱导羊肚菌转录组响应

《BMC Ecology and Evolution》：Herbaceous intercropping reshapes soil microbial communities and induces transcriptomic responses in Morchella

　　

摘要

背景

Morchella (羊肚菌) 栽培面临着连作障碍的挑战，这通常与土壤退化和微生物群落变化有关。间作已成为缓解这些限制的一种潜在策略，但草本伴生植物对Morchella影响的生态机制仍知之甚少。本研究调查了与两种功能不同的草本物种——Poa pratensis (草甸羊茅) 和Vicia sativa (小巢菜) 间作如何影响Morchella的生长、土壤微生物组装以及Morchella的转录响应。

方法

建立了三种栽培处理：Morchella单作 (CK)，与P. pratensis间作 (B)，以及与V. sativa间作 (P)。分析了土壤物理化学性质、微生物群落组成 (16 S rRNA 和 ITS 扩增子测序) 以及Morchella子实体转录组 (RNA-seq)。

结果

与单作相比，间作使Morchella产量降低了 23.7% (P 处理) 至 36.9% (B 处理)，但显著增加了土壤速效钾并促进了伴生植物的生长。微生物群落分析显示，间作降低了子囊菌门的相对丰度，特别是Morchella本身 (降至对照水平的约四分之一)，同时增加了真菌的α多样性并富集了如Mortierella (被孢霉属) 和Rhizopus (根霉属) 等分类群。细菌群落也发生了转变，其中Pseudomonas (假单胞菌属) 的丰度增加了 3.3 倍 (B) 和 3.8 倍 (P)。转录组分析确定了 B 处理中有 572 个上调 DEGs (差异表达基因)，P 处理中有 1,090 个。共同上调的 DEGs 富集在与单羧酸代谢、铁离子运输和碳水化合物结合相关的 GO 术语中，以及包括果糖和甘露糖代谢和氮代谢在内的 KEGG 通路中。处理特异性响应包括 B 中的氧化还原过程富集和 P 中的共生体附着和生物膜形成。在 CK-B-P 梯度上持续上调的 DEGs 与染色质组装和代谢通路激活有关。

结论

草本间作通过改变土壤养分有效性、重塑微生物群落结构以及诱导真菌适应性转录响应，重新配置了Morchella栽培系统。虽然间作改善了土壤生态条件和微生物功能多样性，但并未转化为产量提高，表明资源竞争与环境优化之间存在生态权衡。这些发现为理解真菌栽培系统中的宿主 - 微生物 - 植物互作提供了基础，并强调了平衡生态效益与生产力成果的需要。

图文摘要