油棕根际微生物组的生态筛选揭示了用于生物接种剂设计的特征导向性目标

《Rhizosphere》：Ecological Filtering of Root Microbiomes in Oil Palm Reveals Trait-guided Targets for Bioinoculant Design

根际微生物群的功能多样性及其在油棕幼苗中的分布规律研究。通过宏基因组学分析发现，土壤-根部连续体的不同微环境（如根际、根内）导致微生物多样性逐级下降，功能特异性增强。核心菌群从异养分解者（如链霉菌属）转向根定殖菌（如假单胞菌属），证实宿主选择性压力对微生物群落结构的主导作用。研究提出功能导向的微生物接种剂开发策略，强调生态兼容性与功能持续性在持久性作物（如油棕）中的重要性。

　　

李思浩（Li Sim Ho）| 乔伊斯·尹美丁（Joyce Yoon Mei Ding）| 努尔·阿齐扎·穆萨（Noor Azizah Musa）| 朱莉娅·易卜拉欣（Julia Ibrahim）| 圭元安妮·谭（Geok Yuan Annie Tan）| 谢庆德（Chee-Keng Teh）

SD Guthrie Technology Centre Sdn Bhd，马来西亚雪兰莪州Serdang，UPM-MTDC Technology Centre III B栋1楼，邮编43400

摘要

与根系相关的微生物群落调控着养分吸收、抗逆性以及植物健康，但将其转化为有效的生物接种剂的效果仍不稳定，尤其是在长寿的热带多年生植物中。与一年生作物不同，如油棕（Elaeis guineensis Jacq.）这样的多年生系统具有稳定的、经过宿主筛选的微生物群落，这可能会限制引入菌株的定植。在这项研究中，我们采用了宏基因组学、生态网络推断和基于性状的分析方法，来解析油棕幼苗的土壤、根际、根际平面和内生菌群的微生物组成。微生物多样性和网络复杂性沿土壤-根系连续体逐渐减少，其中土壤中存在功能上冗余的通用菌群，而内生菌群则选择了具有潜在功能性的紧凑、特化菌群，这些功能通过宏基因组注释得到验证，包括铵同化、维生素生物合成和渗透保护能力。关键菌类从寡营养分解者（如Streptomyces、Acidobacteria）转变为富营养根际定植者（如Pseudomonas、Enterobacter），反映了宿主的筛选作用。这些发现支持了一种以功能为中心的微生物群落观，即生态兼容性和性状持续性而非分类学优势可能影响接种剂在宿主相关生态位中的定植。通过明确与宿主选择相对应的各菌群特异性性状，本研究为多年生作物的未来基于性状的生物接种剂开发提供了依据，并为后续的热带农业系统实验验证提供了指导。

部分内容摘录

背景

微生物接种剂被广泛宣传为合成投入品的可持续替代品，但其田间效果仍不稳定，尤其是在多年生作物中（Bashan等人，2020年；O'Callaghan等人，2022年）。与一年生作物不同，油棕等多年生系统具有长期存在的、经过宿主筛选的微生物群落，这可能限制了引入菌株的定植。了解这些群落的生态限制对于开发

种植材料

为了减少宿主和环境因素的变异，我们在标准化的苗圃条件下培育了具有可控遗传背景的油棕幼苗。这种设置使得微生物变异更可归因于不同菌群间的差异，而非宿主基因型或环境干扰。用于实验的油棕种子为Deli × AVROS品种，这是一种商业高产种植材料，由SD Guthrie Research Sdn Bhd的油棕育种部门提供。所有苗圃准备工作

群落组成基线

对40个样本的分类分析显示，微生物群落主要由细菌主导，真菌和古菌的贡献相对较小（补充表S2）。在所有菌群中，检测到了25个细菌门、2个古菌门和3个真菌门（补充图1）。放线菌门（Actinobacteriota）占读数的最大比例（>23%），其次是α-变形菌门（Alphaproteobacteria）、γ-变形菌门（Gammaproteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexota）和酸杆菌门（Acidobacteriota）（各占7-16%）。真菌序列的平均占比约为1%

基线群落结构和确定性组装

这一基线群落特征表明，根际微生物群落以细菌为主，真菌和古菌的比例较低，这与陆地根系相关环境中的研究结果一致（Islam等人，2020年；Jiao等人，2018年；Wang等人，2024年）。微生物群体在土壤、根际、根际平面和内生菌群中的分布表明，这些相互关联但不同的生境施加了层次化的环境筛选作用

结论与展望

本研究表明，油棕幼苗中微生物群落的组成和功能潜力沿土壤-根系连续体系统性地变化，不同菌群的筛选作用导致微生物多样性和功能潜力的差异。宏基因组分析显示，从土壤中的多样化、功能冗余的菌群向根系相关生态位中更为精简的菌群转变。这些模式是一致的

手稿准备过程中生成式AI和AI辅助技术的使用声明

在准备本研究的过程中，作者使用了ChatGPT和Microsoft Copilot来提高手稿文本的清晰度、语法和整体可读性。使用这些工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对发表文章的内容负全责。

作者贡献声明

朱莉娅·易卜拉欣（Julia Ibrahim）：撰写、审稿与编辑、资源管理、概念构思。谢庆德（Chee-Keng Teh）：撰写、审稿与编辑、监督、资源管理、概念构思。圭元安妮·谭（Geok Yuan Annie Tan）：撰写、审稿与编辑、监督、概念构思。乔伊斯·尹美丁（Joyce Yoon Mei Ding）：撰写、审稿与编辑、方法学设计、数据管理、概念构思。努尔·阿齐扎·穆萨（Noor Azizah Musa）：撰写、审稿与编辑、方法学设计、数据管理、概念构思。

未引用参考文献

Liu等人，2022年。

伦理审批与参与同意

不适用

出版同意

不适用

数据和材料的可用性

本研究生成和/或分析的数据集可在NCBI数据库中获取。所有在本研究中生成或分析的数据均包含在本文及其补充信息文件中。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

资助

本研究由马来西亚的SD Guthrie Research Sdn Bhd资助。资助机构为研究提供了财务和后勤支持，但未参与研究的设计、数据收集、分析、解释或手稿撰写。

致谢

我们感谢SD Guthrie Technology Centre Sdn. Bhd.生物技术与育种部门的农艺选择组的叶云慈（Yap Yun Ci）女士，以及工业生物技术组的林钦明（Lim Chin Ming）女士和瓜淑芬（Kua Shwu Fun）女士在样品采集和处理方面的协助。

缩写列表

NaOCl

次氯酸钠

PCoA

主坐标分析

PERMANOVA

置换多变量方差分析ANOSIM相似性分析DESeq2差异表达分析CPM每百万计数FDR假发现率FCB纤维杆菌-绿菌-拟杆菌门