白术高内生真菌多样性及拮抗黑曲霉Bzrh13与根腐病抗性相关

《Industrial Crops and Products》：High endophytic fungal diversity and the antagonistic Aspergillus niger Bzrh13 are associated with Atractylodes macrocephala root rot resistance

　　

健康白术（Atractylodes macrocephala）根茎携带更高的内生真菌多样性及独特的群落组成。禾谷镰孢（Fusarium graminearum）Qssd1与尖镰孢（F. oxysporum）Qsrd11为致病力最强的根腐病病原菌。黑曲霉（Aspergillus niger）Bzrh13可抑制Fusarium生长、分生孢子萌发及病害进程。经qRT-PCR验证，Bzrh13下调Fusarium霉菌毒素生物合成基因。

研究背景与立项依据

白术为价值极高的传统药用植物，其干燥根茎是调节胃肠功能与增强宿主免疫的核心药材，在安徽、浙江、四川等多省栽培。其中安徽为核心产区，包括亳州（Bozhu）、潜山（Shuzhu）、祁门（Qizhu）三大基地。根腐病被称为“植物癌症”，可造成5%–20%首年减产、连作后达50%，年均损失约30%，并通过产生霉菌毒素抑制苍术内酯Ⅰ与苍术酮等活性成分积累。该病由土传真菌与环境胁迫（排水不良、连作）协同驱动，且病原菌存在显著地域分化：浙江以尖镰孢为主，湖北恩施以Ceratobasidium sp.为独特病原。安徽产区主导病原尚不清楚。传统培养法仅能捕获20%–40%微生物，单基因鉴定难以区分近缘病原；高通量ITS测序结合多基因（ITS、TEF-α、RPB2）系统发育可弥补上述缺陷。化学杀菌剂易致抗药性与残留，而生防内生真菌兼具抑菌与促生潜力，但其与Fusarium互作的转录调控机制及体内防效验证仍稀缺。该研究发表于《Industrial Crops and Products》，旨在厘清安徽白术根腐病主导病原、内生真菌群落失调规律及黑曲霉Bzrh13的拮抗分子机制。

主要关键技术方法

研究人员于2023年10月花期在安徽潜山（QS）、祁门（QM）、亳州（BZ）三产区采集健康与发病根茎各5株及根际土，每产区5生物学重复。采用培养非依赖法（ITS1扩增、Illumina NovaSeq 6000 PE250、DADA2降噪、97%相似度OTU聚类、UNITE 8.2注释）与培养依赖法（表面消毒组织分离、梯度稀释分离、多基因系统发育）双轨并行。致病性以离体根茎（7 d病斑ImageJ量化）与盆栽一年生苗（伤根灌孢10⁵ mL^-1、45 d挖根评估）验证并回接柯赫法则。拮抗以对峙培养、发酵滤液（5%/10%/15% v/v）抑菌率、WA玻片孢子萌发抑制评估。转录组以Fg（对照PDA）与FgAn（PDA+5% Bzrh13无菌滤液）培养Qssd1，DNBSEQ-T7测序、HISAT2比对PH-1（ASM24013v3）、DESeq2筛|log₂FC|>1且adj P<0.05的DEG，GO/KEGG富集。qRT-PCR用TEF-1α内参2^?ΔΔCt法验证毒素基因，UHPLC-MS/MS（ESI-MRM）定量玉米赤霉烯酮（ZEN）。

研究结果

3.1 健康与发病根茎真菌菌群差异：健康样本α多样性更高

三产区共获高质量ITS序列约339万条。健康根茎OTU数（QS 499、QM 1171、BZ 883）均高于发病组（QS 372、QM 414、BZ 321）。α多样性（Chao1、Shannon、Simpson）在QM、BZ健康组极显著升高（P<0.01），QS健康组Chao1与Simpson显著升高。PCoA与PERMANOVA显示健康/发病群落显著分离（R²=0.25–0.32，P≤0.009），表明根茎健康状态解释25%–32%真菌结构变异。

3.2 核心菌群组成显著偏移：Fusarium在发病组主导，Aspergillus/Cladosporium在健康组富集

子囊菌门（Ascomycota）为优势门，担子菌门（Basidiomycota）随发病下降。属水平发病根茎Fusarium相对丰度23.5%–87.0%，较健康组（0.6%–8.0%）升高3.2–145倍；健康组Aspergillus由发病组锐减（QS 43.4%→8.8%、QM 9.7%→0.5%、BZ 19.0%→0.1%）。LEfSe（LDA>4）确认Fusarium为发病 biomarker，Aspergillus、Cladosporium、Sterigmatomyces为健康 biomarker。

3.3 共现网络揭示Fusarium与Aspergillus/Cladosporium稳定负相关

三产区网络密度0.32–0.46，QM最复杂。Fusarium与Aspergillus、Cladosporium Spearman r=?0.606~?0.842（FDR P<0.05），QM网络负相关最强（r=?0.842/?0.818）。

3.4 F. graminearum Qssd1与F. oxysporum Qsrd11致病力最强

从发病根茎及根际土分离28株候选病原（50%为Fusarium属）。离体接种7 d后Qssd1（28.83±3.25 mm²）、Qsrd11（27.5±1.68 mm²）病斑最大；盆栽45 d后两株致下部叶黄化萎蔫、根茎典型腐烂，回接ITS相似度>96%符合柯赫法则。

（后续章节依原文顺序浓缩：3.5–3.7 内生真菌分离鉴定出Bzrh13为黑曲霉，对峙培养有抑制带，5%滤液抑菌率最高，WA玻片4 h起抑制Qssd1分生孢子萌发；3.8 转录组显示FgAn中霉菌毒素合成基因（如ZEN通路PKS）下调，qRT-PCR与ZEN-UHPLC-MS/MS佐证毒素减少；3.9 离体根茎Bzrh13滤液预处理使病斑缩小，盆栽中FgAn组病情指数低于Fg组，存活率提升，防效显著。）

讨论与结论翻译

讨论指出，安徽白术根腐病为Fusarium属（尤其禾谷镰孢Qssd1、尖镰孢Qsrd11）主导，区别于浙江与湖北病原谱，印证了病理地域特异性。健康根茎高内生真菌多样性尤其是Aspergillus（含黑曲霉Bzrh13）与Cladosporium富集，构成拮抗Fusarium的生态屏障，群落失调（多样性降、Fusarium扩、有益菌退）是发病前兆。Bzrh13经发酵代谢产物抑制Qssd1菌丝生长与分生孢子萌发，并在转录水平下调霉菌毒素生物合成基因、降低ZEN积累，离体与盆栽均验证其生防效力。该研究将培养非依赖群落解析与培养依赖菌株验证耦合，为安徽产区提供了“监测内生真菌多样性+施用Bzrh13滤液/菌剂”的精准生防路径，规避化学药剂抗性风险。结论：健康白术根茎具更高内生真菌多样性与特异组成；F. graminearum Qssd1与F. oxysporum Qsrd11为安徽产区最强根腐病原；A. niger Bzrh13抑制Fusarium生长、分生孢子萌发及病害进展；Bzrh13经qRT-PCR证实下调Fusarium霉菌毒素生物合成基因。