《Agronomy》：Differential Effects of Wilt Disease on Arbuscular Mycorrhiza Fungi Communities in Roots and Rhizosphere Soil of Ammopiptanthus mongolicus
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沙冬青（*Ammopiptanthus mongolicus*）是一种珍稀的第三纪孑遗常绿阔叶灌木，正受到由轮枝镰孢（*Fusarium verticillioides*）引起的镰孢萎蔫病的严重威胁。菌根是植物根系与丛枝菌根真菌（arbuscular myco
沙冬青（*Ammopiptanthus mongolicus*）是一种珍稀的第三纪孑遗常绿阔叶灌木，正受到由轮枝镰孢（*Fusarium verticillioides*）引起的镰孢萎蔫病的严重威胁。菌根是植物根系与丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi, AMF）形成的广泛共生的联合作。为探究沙冬青萎蔫病与丛枝菌根之间的关系，研究人员基于特异性引物扩增子，利用高通量测序技术分析了健康和患病植株根及根际土壤中的真菌群落。根系中的丛枝菌根真菌群落受镰孢萎蔫病的影响比根际土壤中的更为强烈。萎蔫病对根和根际土壤中的α多样性指数（Shannon和Simpson）均无影响，对根际土壤中的系统发育多样性指数（Pd）和丰富度指数（Chao、Ace和Sobs）也无影响。然而，萎蔫病对根系中丛枝菌根真菌群落的系统发育多样性指数（Pd）和丰富度指数（Chao和Sobs）有显著影响。萎蔫病增加了*Sclerocystis*属的丰度，并降低了*Glomus*属的丰度。患病植株的丛枝菌根真菌群落在根际土壤和根系中均表现出更高的共现网络复杂性。在驱动丛枝菌根真菌群落组装的生态过程方面，萎蔫病增强了根际土壤和根系中的漂移（drift）过程。本研究揭示了萎蔫病对沙冬青根际土壤和根系中丛枝菌根真菌群落的影响，这些发现为沙冬青萎蔫病的生态防控提供了重要的理论支持和核心AMF资源。
**论文解读：萎蔫病对沙冬青根和根际土壤中丛枝菌根真菌群落的差异性影响**
**1. 研究背景与科学问题**
沙冬青（*Ammopiptanthus mongolicus*）是亚洲中部荒漠生态系统中的珍稀第三纪孑遗常绿阔叶灌木，具有重要的生态功能和科研价值。其发达的根系和茂密的地上冠层使其成为防风固沙、维持地表稳定的关键物种，并为荒漠生物多样性提供微栖息地。然而，该物种面临天然更新困难、幼苗建成率极低、过度放牧、生境破碎化及气候变化等多重生存威胁。近年来，由轮枝镰孢（*Fusarium verticillioides*）引起的萎蔫病已成为导致沙冬青大面积衰退和死亡的主要原因之一。传统化学防治在广袤荒漠环境中成本高、效率低，且可能造成生态污染，因此亟需基于植物生态调控能力的可持续病害管理策略。
丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi, AMF）能与超过80%的陆生植物形成共生关系，在荒漠贫瘠环境中显著扩大宿主养分吸收范围，帮助植物获取水分和磷、氮等矿质养分，并增强宿主对病原菌的系统抗性。已有研究表明，AMF接种可缓解番茄和丹参的枯萎病症状。然而，萎蔫病对沙冬青不同生态位（根和根际土壤）中AMF群落的影响是否一致，以及是否存在对病原菌有拮抗作用的候选AMF类群，此前尚不明确。本研究旨在探究萎蔫病对沙冬青根和根际土壤中AMF群落多样性、组成、共现网络及组装过程的差异性影响，为基于“植物–微生物”协同的荒漠病害生态调控策略提供理论基础。
**2. 研究材料与方法**
研究人员于2024年5月20日，在内蒙古自治区鄂托克旗伊克布拉格村（东经106°53′5″–106°53′31″，北纬40°4′34″–40°4′28″，海拔1300–1500 m）采集30株患病和30株健康沙冬青，在宁夏回族自治区灵武市白土岗子镇（东经106.442368°，北纬37.734026°，海拔1250 m）采集30株健康沙冬青。每株采集直径4–8 mm的根系及根际土壤，每6株的根或土壤样品混合为1个0.5 g样品，共获得30个样品，分为6组：内蒙古鄂托克健康根（WHR）、患病根（WDR）、宁夏灵武健康根（LHR）、健康根际土（WHRz）、患病根际土（WDRz）和健康根际土（LHRz），每组5个重复。根系样品经表面消毒后切段，根际土壤过2 mm筛，于?80°C保存。致病菌此前已从患病根部分离并鉴定为轮枝镰孢，且经柯赫氏法则验证致病性。
**3. 关键技术方法**
研究主要采用以下关键技术：（1）基于AMF特异性引物（AML1F/AML2R和AMV4-5NF/AMDGR）的嵌套PCR扩增真菌18S rDNA可变区；（2）Illumina NovaSeq 6000平台高通量测序；（3）利用Qiime2中的DADA2插件进行序列降噪，生成扩增子序列变异体（amplicon sequence variants, ASVs）；（4）基于MaarijAM数据库进行物种注释；（5）使用R软件进行α多样性（Shannon、Simpson、Chao、Ace、Sobs和Pd指数）和β多样性分析（PCoA、PERMANOVA）；（6）基于Spearman相关系数（|r|≥0.5，p<0.05）构建共现网络；（7）使用iCAMP软件包和βNTI（Beta-Nearest Taxon Index）分析群落组装过程。所有生物信息学分析均在Majorbio云平台完成。
**4. 研究结果**
**4.1 萎蔫病对AMF群落多样性的影响**
PCoA分析显示，根际土壤样品中，宁夏灵武健康植株的LHRz组与内蒙古鄂托克的两组沿PC2轴显著分离（R=0.1511，p=0.018），表明地理来源是影响根际土壤AMF群落的主要因素；而根系样品中，患病组WDR与两组健康组沿PC1轴显著分离（R=0.3662，p=0.002），表明萎蔫病是根系AMF群落变化的主要驱动因子。α多样性分析表明，萎蔫病对根和根际土壤中的Shannon和Simpson多样性指数均无显著影响；根际土壤中，地理来源显著影响丰富度指数（Ace、Chao和Sobs）和系统发育多样性（Pd），而萎蔫病无显著影响；根系中，萎蔫病显著降低Chao和Sobs丰富度指数（WDR组最低），却显著升高Pd指数（WDR组最高），地理来源对根系丰富度也有影响。
**4.2 萎蔫病对AMF群落组成的影响**
属水平相对丰度分析显示，根际土壤中多个属（*Glomus*、*Sclerocystis*、未分类的*Glomeraceae*、*Claroideoglomus*）共存且分布分散，差异分析未发现显著差异属。根系样品中，健康组（WHR和LHR）以*Glomus*为优势属，相对丰度约99%；而患病组WDR则以*Sclerocystis*为优势属。差异分析表明，*Glomus*在健康组中的相对丰度显著高于患病组，而*Sclerocystis*在患病组中的相对丰度显著高于健康组（p<0.05）。Venn图显示，根际土壤中萎蔫病增加了总ASV数量（WDRz为95，高于WHRz的69），但低于地理来源差异更大的LHRz（192）；根系中，萎蔫病也增加了总ASV数（WDR为30，高于WHR的14，但低于LHR的45），且患病组与健康组之间共享ASV极少，WDR与LHR之间无共享ASV。表明萎蔫病和地理来源均影响AMF群落组成，但在根系中萎蔫病的作用更强。
**4.3 萎蔫病对AMF共现网络特征的影响**
基于Spearman相关性的共现网络分析显示，根际土壤中，WDRz网络节点数为89，高于WHRz的66，但低于LHRz的184；边数WDRz为684，高于WHRz的516，远低于LHRz的3057。根系中，WDR网络节点数为27，是WHR（11）的2.45倍，低于LHR（41）；边数WDR为99，是WHR（15）的6.6倍，低于LHR（203）。结果表明，萎蔫病和地理来源均增加了根际和根系中AMF共现网络的复杂性，且对根系网络的影响大于根际土壤；地理来源的影响强于萎蔫病。
**4.4 萎蔫病对AMF群落组装过程的影响**
基于βNTI的生态过程分析显示，根际土壤中，WDRz和WHRz群落组装包括漂移（DR，βNTI<2）和异质选择（HeS，βNTI>2），而LHRz还包括扩散限制（DL）。萎蔫病增加了DR的比例，降低了HeS的比例。根系中，WDR组以DR为主导，WHR组包含DR和同质扩散（HD），LHR组包含DR和HeS。萎蔫病同样增加了DR的比例，降低了HeS和HD的比例。所有样品中，DR是主导生态过程，萎蔫病增强了DR对AMF群落组装的贡献。
**5. 讨论与结论**
讨论部分指出，*Glomus*属AMF能产生大量休眠孢子抵抗干旱，并通过庞大菌丝网络促进宿主养分吸收，且常见于特殊环境植物共生体系，多项研究表明*Glomus*可帮助宿主抵抗病原真菌。本研究中*Glomus*在健康样品中占优势，而在患病样品中丰度降低，因此*Glomus*可能是沙冬青抗萎蔫病的候选生防菌。*Sclerocystis*属在患病样品中丰度最高，健康样品中几乎不存在，其不同种可能具有不同功能，需接种试验验证。萎蔫病增加了AMF网络复杂性，这与部分前人研究（如香蕉、番茄病害导致网络简化）不同，可能与病害发生时期或严重程度有关，早期病原入侵可能促使植物招募有益微生物从而增加网络复杂性。研究存在局限性：未测定土壤理化性质，未评估土壤异质性对根际AMF群落的影响；使用ASV聚类可能高估真菌多样性，未来应在ASV和OTU水平同时评估。
结论部分：本研究采用高通量测序技术分析了萎蔫病对沙冬青根和根际土壤中AMF群落的影响。患病根系中的AMF群落与健康根系不同，但根际土壤中无显著差异。萎蔫病仅影响根系AMF群落的系统发育多样性和丰富度，增加了*Sclerocystis*属丰度，降低了*Glomus*属丰度，并提高了根际和根系中AMF共现网络复杂性，增强了DR过程对群落组装的贡献。这些发现加深了对萎蔫病胁迫下“病原菌–植物–微生物”共生调控关系的认识，有助于保护沙冬青这一濒危荒漠植物，并维持荒漠生态系统的可持续性。该论文发表于《Agronomy》。
