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作者：麻艷威,，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士在讀,，主要研究微生物互作改善植物鐵營(yíng)養(yǎng)。 周刊主要展示LorMe團(tuán)隊(duì)成員優(yōu)秀周報(bào),，每周定期為您奉上學(xué)術(shù)盛宴,！本期周刊為您介紹叢枝菌根真菌與鏈霉菌：協(xié)同塑造菌絲微生物群早期互作的結(jié)構(gòu)與功能。原文于2024年發(fā)表在《Microbiome》上,。
真菌和細(xì)菌廣泛共存于多種環(huán)境中,，其相互作用被認(rèn)為是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的普遍現(xiàn)象。這些微生物群落的關(guān)鍵物種（keystonetaxa）通過(guò)促進(jìn)真菌與細(xì)菌群落間的連接,，從而對(duì)其組成和功能產(chǎn)生重要影響,。叢枝菌根（arbuscularmycorrhizal,AM）真菌與大多數(shù)植物根系可以形成共生關(guān)系，并在土壤中形成密集的菌絲網(wǎng)絡(luò),。菌絲表面（即菌絲際）是一個(gè)重要的微生物交互作用區(qū)域,，其中微生物可以通過(guò)代謝物的交換進(jìn)行相互作用。然而,，AM真菌菌絲際關(guān)鍵物種的存在及其功能的重要性仍知之甚少,。本研究通過(guò)AM真菌的體外培養(yǎng)與盆栽系統(tǒng),，探討特定關(guān)鍵細(xì)菌是否能夠調(diào)控菌絲際微生物群落的組成，并潛在地提高AM真菌宿主的適應(yīng)性,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：AM真菌能夠選擇性招募鏈霉菌,，以增強(qiáng)其磷營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)與磷轉(zhuǎn)化能力較弱的細(xì)菌競(jìng)爭(zhēng),。本研究揭示了關(guān)鍵細(xì)菌Streptomyces sp. D1在AM真菌菌絲表面介導(dǎo)真菌-細(xì)菌及細(xì)菌-細(xì)菌相互作用中的多功能性,，為菌根微生物組的生態(tài)功能提供了新的見(jiàn)解。 一,、鏈霉菌屬是叢枝菌根真菌菌絲際中可培養(yǎng)細(xì)菌群落的關(guān)鍵類群 作者采集五個(gè)長(zhǎng)期田間實(shí)驗(yàn)的土壤樣本北京（BJ）,、石河子（SH）、祁陽(yáng)（QY）,、泰安（TA）,、烏魯木齊（WL），提取土壤懸液,，并接種至覆蓋有RhizophagusirregularisMUCL43194菌絲室表面和無(wú)菌絲的對(duì)照組表面（對(duì)照處理）,。在接種6天后，通過(guò)16SrRNA基因分析評(píng)估細(xì)菌群落的組成,。結(jié)果發(fā)現(xiàn),，無(wú)論土壤來(lái)源如何，AM處理的細(xì)菌群落均以鏈霉菌屬（Streptomyces）為主（圖1A）,。為探究此現(xiàn)象是否和AM真菌種類有關(guān),，采用相同的方法，作者比較了四種AM真菌（R.irregularisMUCL43194,、R.irregularisMUCL41833,、RhizophagusclarusMUCL46238和R.intraradicesMUCL49410）菌絲與對(duì)照組在接種后第3天和第6天的細(xì)菌群落組成，所用土壤為BJ土壤,。不論接種時(shí)間和AM真菌種類,，AM處理后的細(xì)菌群落均以鏈霉菌屬為主，而對(duì)照組的細(xì)菌群落則以假單胞菌屬（Pseudomonas）為主（圖1A）,。為了確定AM真菌招募鏈霉菌屬是否具有普遍性,，作者收集了六篇文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)，比較該屬在原土壤與菌絲際土壤中的相對(duì)豐度,。結(jié)果顯示,，在AM真菌存在的條件下，鏈霉菌屬的相對(duì)豐度顯著增加（圖1B）,，表明AM真菌傾向于招募鏈霉菌,。通過(guò)細(xì)菌共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)，在AM存在的條件下，識(shí)別出17個(gè)關(guān)鍵ASV,，其中11個(gè)屬于鏈霉菌屬（圖1C）,。相比之下，在無(wú)AM條件下,，共識(shí)別出31個(gè)關(guān)鍵ASVs,，主要屬于Variovorax、Pseudomonas和Nocardioides屬（圖1C）,。研究者為研究AM真菌與細(xì)菌的相互作用機(jī)制,，從R.irregularisMUCL43194的菌絲表面分離出62種細(xì)菌，并通過(guò)16SrRNA基因序列的97%相似性聚類篩選出20種菌株以消除冗余,。這些分離菌株在菌絲表面的相對(duì)豐度范圍為0.01%至10.01%（圖1D和表S1）,。值得注意的是，鏈霉菌Streptomyces sp. D1的相關(guān)ASVs在對(duì)照處理與AM處理中的平均相對(duì)豐度從5.62%增加至10.01%（圖1D）,。最后,，作者構(gòu)建了兩個(gè)合成微生物群落（SynComs）（圖1E）：SynCom20包含Streptomyces sp. D1，SynCom19不含該菌株,。將這兩個(gè)合成群落分別接種到覆蓋或未覆蓋AM的菌絲室表面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：無(wú)Streptomyces sp. D1的情況下（SynCom19）,，AM菌絲表面富集了12種菌株,；而在含該菌株的情況下（SynCom20），僅富集6種菌株（圖1E）,。由于Streptomyces sp. D1的存在,，SynCom19中AM富集的12種菌株中有7種細(xì)菌在SynCom20中生長(zhǎng)受抑制（圖1E，標(biāo)注為星號(hào)）,。在盆栽試驗(yàn)中,，將SynCom20接種至土壤時(shí)，AM真菌存在條件下Streptomyces sp. D1的相對(duì)豐度超過(guò)50%,，而無(wú)AM時(shí)則低于25%（圖1F）,，明鏈霉菌屬是AM真菌菌絲際關(guān)鍵微生物屬。
圖1 A（左圖）：AM菌絲（ERH）與對(duì)照組（Ctrl,，即未接種ERH）在接種6天（DAI）后的10種最豐富細(xì)菌屬的相對(duì)豐度（%）,。細(xì)菌懸液來(lái)源于中國(guó)五個(gè)長(zhǎng)期田間實(shí)驗(yàn)的土壤樣本；（右圖）：四種不同AM真菌（RhizophagusirregularisMUCL43194,、RhizophagusirregularisMUCL41833,、RhizophagusclarusMUCL46238、RhizophagusintraradicesMUCL49410）的菌絲外菌絲（ERH）或未接種ERH（Ctrl）的10種最豐富細(xì)菌屬的相對(duì)豐度（%）,，分別為接種后第3天或第6天（DAI）,。此部分僅使用北京采集的土壤樣本；B：根據(jù)六篇文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)，分析了鏈霉菌屬（Streptomyces）在未接種AM真菌的原土（?AMF）和存在AM真菌菌絲/孢子表面（+AMF）土壤中的相對(duì)豐度（%）,。宿主植物包括胡蘿卜,、玉米、大豆,、棉花和苜蓿,，對(duì)應(yīng)的AM真菌屬為Glomus、Rhizophagus,、Funneliformis和Gigaspora,；C：細(xì)菌群落的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)展示了在控制組（?AMF）和菌絲外菌絲表面（+AMF）之間的顯著相關(guān)性（ρ>0.65，P<0.01,，以灰線表示）,。圓形節(jié)點(diǎn)代表細(xì)菌擴(kuò)增子序列變體（ASVs），灰色邊表示兩節(jié)點(diǎn)之間強(qiáng)且顯著的相關(guān)性,。關(guān)鍵ASVs（以黑邊方形節(jié)點(diǎn)表示）分別在?AMF和+AMF條件下單獨(dú)識(shí)別,，定義為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)度數(shù)（與節(jié)點(diǎn)相關(guān)的邊數(shù)）前5%的節(jié)點(diǎn)。ASVs根據(jù)所屬細(xì)菌屬的分類著色,。兩種共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)旁邊的柱狀圖顯示了不同屬關(guān)鍵ASVs的數(shù)量,；D：在5種土壤類型和4種真菌物種中，與北京土壤細(xì)菌懸液中20種分離細(xì)菌匹配的ASVs在對(duì)照組（?AMF）或菌絲外菌絲（+AMF）處理中的平均相對(duì)豐度（%）,；E：在兩個(gè)合成微生物群落（SynComs,，分別為SynCom19和SynCom20）中，細(xì)菌在RhizophagusirregularisMUCL43194菌絲外菌絲（+AMF）或無(wú)菌絲外菌絲（?AMF）條件下的相對(duì)豐度（%）,。SynCom19由19種細(xì)菌分離株（不含Streptomyces sp. D1）組成,，SynCom20包括19種細(xì)菌分離株加上Streptomyces sp. D1。在SynCom19中菌絲外菌絲富集的細(xì)菌分離株,，而在SynCom20中因Streptomyces sp. D1存在而減少的分離株以星號(hào)標(biāo)注,；F：20種細(xì)菌分離株在含菌絲外菌絲或無(wú)菌絲外菌絲（SynCom20）條件下的相對(duì)豐度（%），實(shí)驗(yàn)在盆栽系統(tǒng)中進(jìn)行,。 二,、鏈霉菌Streptomyces sp. D1對(duì)海藻糖作為碳源表現(xiàn)出偏好 為探究鏈霉菌與AM真菌互作機(jī)制，作者檢測(cè)了20 種細(xì)菌利用AM 真菌菌絲分泌物中的主要化合物（果糖,、葡萄糖,、海藻糖、肌醇,、檸檬酸和琥珀酸）的情況,。結(jié)果顯示，大多數(shù)細(xì)菌能夠在至少一種碳源存在下生長(zhǎng),，并表現(xiàn)出對(duì)葡萄糖,、琥珀酸或檸檬酸的偏好。其中，鏈霉菌Streptomyces sp. D1能夠利用所有六種碳源,，并對(duì)海藻糖表現(xiàn)出顯著的偏好（圖2A）,。對(duì)鏈霉菌Streptomyces sp. D1的全基因組測(cè)序表明，該菌株擁有編碼海藻糖運(yùn)輸（ThuE,、ThuF,、ThuG和MalK）及代謝（OtsB、TREH,、TreZ,、TreS和glvA）的相關(guān)基因（圖2B和表S2）。轉(zhuǎn)錄組測(cè)序進(jìn)一步揭示,，在RhizophagusirregularisMUCL43194菌外菌絲（ERH）存在的條件下,，鏈霉菌Streptomyces sp. D1的與海藻糖代謝相關(guān)的基因表達(dá)顯著上調(diào)。特別是,，α-海藻糖酶基因TREH（負(fù)責(zé)將海藻糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖）和多磷酸葡萄糖激酶基因ppgK（負(fù)責(zé)將葡萄糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖-6-磷）均表現(xiàn)出顯著的表達(dá)增強(qiáng)（圖2B）,。
圖2 A：鏈霉菌Streptomyces sp. D1在M9最小鹽培養(yǎng)基中，以海藻糖,、果糖,、葡萄糖、琥珀酸,、肌醇和檸檬酸為碳源的生長(zhǎng)曲線,；B：鏈霉菌Streptomyces sp. D1基因組圖，展示AM真菌菌絲分泌的三種主要碳源（果糖,、葡萄糖和海藻糖）的代謝通路，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的基因表達(dá)水平,。具有顯著差異表達(dá)（P<0.05,，|log2FC|>1）的基因以箭頭標(biāo)注（代謝通路）或基因名稱標(biāo)記，綠色表示在與菌絲外菌絲（ERH）接觸時(shí)下調(diào),，紅色表示上調(diào),，灰色箭頭表示未在路徑中識(shí)別到基因；C：從RhizophagusirregularisMUCL43194的菌絲外菌絲表面（接種BJ土壤細(xì)菌懸液后）分離出的20種細(xì)菌的堿性磷酸酶（AP）生產(chǎn)效率,。誤差條表示五次獨(dú)立重復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差,；D：鏈霉菌Streptomyces sp. D1和假單胞菌Pseudomonas sp. H2基因組中與磷循環(huán)相關(guān)的基因和碳水化合物活性酶（CAZy）基因的數(shù)量比較。 三,、鏈霉菌Streptomyces sp. D1在菌絲際中表現(xiàn)出強(qiáng)大的有機(jī)磷礦化能力 測(cè)定在碳（10 mM 葡萄糖）和磷（50 mM KH?PO?）限制條件下,，20 種細(xì)菌分離株的堿性磷酸酶（AP）活性，根據(jù)AP活性的水平,，將這些細(xì)菌分為高（>0.8）,、中（0.4–0.8）和低（<0.4）三組（圖2C）。其中，Streptomyces sp. D1表現(xiàn)出最高的AP生產(chǎn)效率,，而Pseudomonas sp. H2 幾乎表現(xiàn)出最低的AP生產(chǎn)效率（圖2C）,。基因組分析顯示,，Streptomyces sp. D1攜帶豐富的磷代謝相關(guān)基因,，包括10個(gè)與有機(jī)磷礦化相關(guān)的基因，9 個(gè)與無(wú)機(jī)磷溶解相關(guān)的基因,，14個(gè)與磷轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的基因,，以及2個(gè)與磷代謝調(diào)控相關(guān)的基因（圖2D）。此外,，Streptomyces sp. D1的基因組中還包含與植物細(xì)胞壁多糖降解相關(guān)的基因（如GH6,、PL1、PL3和PL9）,，而這些基因在R.irregularis基因組中缺失,。總體而言,，除調(diào)控基因外,，Streptomyces sp. D1基因組中與磷代謝（無(wú)機(jī)磷溶解、有機(jī)磷礦化,、磷轉(zhuǎn)運(yùn)）及纖維素/半纖維素降解（如糖苷水解酶GHs,、糖基轉(zhuǎn)移酶GTs、多糖裂解酶PLs）相關(guān)的基因數(shù)量均高于Pseudomonas sp. H2（圖2D）,。在BJ土壤中,，Streptomyces sp. D1和Pseudomonas sp. H2分別為AM真菌菌絲存在和不存在條件下細(xì)菌群落的優(yōu)勢(shì)種。為探討AM真菌影響Streptomyces sp. D1和Pseudomonas sp. H2有機(jī)磷轉(zhuǎn)化能力的機(jī)制,，作者測(cè)定了兩種細(xì)菌在R.irregularisMUCL43194菌絲（ERH）存在與否條件下的轉(zhuǎn)錄組,。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Streptomyces sp. D1和Pseudomonas sp. H2分別有768和1159個(gè)差異基因。兩種細(xì)菌中,，與糖酵解和三羧酸循環(huán)相關(guān)的能量代謝基因表達(dá)均顯著上調(diào),，表明AM真菌向細(xì)菌提供了大量碳源（圖S2A、B）,。在Streptomyces sp. D1中,，果糖磷酸轉(zhuǎn)移酶基因fruA和α-海藻糖酶基因 TREH的表達(dá)上調(diào)（圖3A），表明菌絲分泌的果糖和海藻糖被細(xì)菌吸收,，從而激活糖酵解和三羧酸循環(huán)通路基因,。此外，其無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)運(yùn)基因（如pstS,、pstC和pstB）的表達(dá)下調(diào)（圖3A）,。相比之下,，Pseudomonas sp. H2中與糖酵解、三羧酸循環(huán)及戊糖磷酸途徑相關(guān)的基因顯著上調(diào)（圖3B）,，同時(shí)其無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)運(yùn)基因（如pstS,、pstC、pstA和pstB）也顯著上調(diào)（圖3B）,。然而,，兩種細(xì)菌的無(wú)機(jī)磷溶解基因（gcd/gdh）及有機(jī)磷礦化基因（phoD）的表達(dá)均未發(fā)生顯著變化（圖3A、B）,?？傮w而言，與Streptomyces sp. D1相比,，Pseudomonas sp. H2中碳代謝（糖酵解,、三羧酸循環(huán)、戊糖磷酸途徑）和磷代謝（嘌呤代謝,、嘧啶代謝）通路的更多基因被上調(diào)（圖3C）,。此外，Sec 分泌系統(tǒng)（包括secA,、ftsY,、secYEG、secDF,、yajC和yidC等基因）在兩種細(xì)菌中均普遍存在,，在ERH存在條件下，Streptomyces sp. D1和 Pseudomonas sp. H2中secY和yidC基因的顯著上調(diào)（圖3A,、B）,，這與其AP活性顯著增強(qiáng)相一致。值得注意的是,，Streptomyces sp. D1的AP活性在ERH條件下比Pseudomonas sp. H2高出37倍以上（圖3D）,。此外，在ERH分泌物的存在下,，Pseudomonas sp. H2的89個(gè)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)相關(guān)基因中有17個(gè)顯著上調(diào)，表明其運(yùn)動(dòng)能力在ERH環(huán)境中得到激活,。
圖3 A：鏈霉菌Streptomyces sp. D1的主要碳水化合物和磷酸鹽代謝途徑,，基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)繪制。這些重建的代謝途徑基于KEGG基因注釋以及三次重復(fù)（每次重復(fù)由5個(gè)培養(yǎng)皿混合）的相對(duì)差異基因表達(dá)譜,。具有顯著（P<0.05）差異表達(dá)且|log2FC|>1的基因通過(guò)箭頭標(biāo)注路徑,，基因名稱以顏色區(qū)分：綠色表示在與菌絲外菌絲（ERH）接觸時(shí)下調(diào)，紅色表示上調(diào),，紫色表示在接觸ERH時(shí)部分基因下調(diào),，部分基因上調(diào),；B：假單胞菌Pseudomonas sp. H2的主要碳水化合物和磷酸鹽代謝途徑，通過(guò)與Streptomyces sp. D1相同的方法進(jìn)行重建和標(biāo)注,；C：鏈霉菌Streptomyces sp. D1和假單胞菌Pseudomonas sp. H2中,，與ERH接觸相比對(duì)照組條件下，上調(diào)的碳和磷相關(guān)基因的數(shù)量,；D：鏈霉菌Streptomyces sp. D1和假單胞菌Pseudomonas sp. H2在與RhizophagusirregularisMUCL43194菌絲外菌絲接觸（+AMF）或未接觸（?AMF）條件下的堿性磷酸酶（AP）活性（n=3,，每次重復(fù)由五個(gè)培養(yǎng)皿混合）。圖中標(biāo)注：Ps為Pseudomonas sp. H2,，St為Streptomyces sp. D1,。 四、Streptomyces sp. D1促進(jìn)了AM真菌對(duì)有機(jī)磷的利用并激活了植物中碳-磷交換相關(guān)基因的表達(dá) 鏈霉菌Streptomyces sp. D1和假單胞菌Pseudomonas sp. H2在與RhizophagusirregularisMUCL43194的菌絲外菌絲（ERH）接觸的條件下,，其植酸磷的消耗量顯著高于未接觸ERH的情況（圖4A）,。此外，在ERH存在下,，Streptomyces sp. D1的植酸磷消耗量幾乎是Pseudomonas sp. H2的兩倍,，而在沒(méi)有ERH時(shí)，Streptomyces sp. D1的消耗量是Pseudomonas sp. H2的六倍（圖4A）,。作者測(cè)定了有無(wú)細(xì)菌存在條件下的AM真菌轉(zhuǎn)錄組,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在接種Streptomyces sp. D1的ERH中，與對(duì)照組（即未接種細(xì)菌的ERH）相比,，Pi轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Pho84）,、液泡磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Pho91）以及液泡轉(zhuǎn)運(yùn)伴侶（VTC2和VTC4）的基因表達(dá)顯著增加（圖4B）。相反,，在接種Pseudomonas sp. H2時(shí),，VTC2和VTC4基因表達(dá)顯著下調(diào)，而Pho84和Pho91的基因表達(dá)與對(duì)照組相比無(wú)明顯差異（圖4B）,。此外,，在AM真菌的26143個(gè)基因中，有超過(guò)1.6%（434個(gè)基因）受Streptomyces sp. D1的影響,。其中,，20個(gè)與磷酸鹽和多磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)及代謝相關(guān)的基因表達(dá)普遍增加，包括調(diào)控磷限制的Pho80,、磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)的Pho84,，以及多磷酸合成/分解的VTC2、VTC4和PPN1（圖4C）,。在Streptomyces sp. D1存在下,，與多磷酸相關(guān)的離子轉(zhuǎn)運(yùn)基因（如ZRT1鋅調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1、MatA鎂轉(zhuǎn)運(yùn)ATP酶和VIT1液泡鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）的表達(dá)顯著上調(diào),。同時(shí),，NAD(P)H合成和氧化還原相關(guān)基因的表達(dá)也有普遍增加（圖4C）,。細(xì)菌對(duì)AM真菌的作用還可以擴(kuò)展到植物中。在菌絲際接種Streptomyces sp. D1后,，植物中ATP酶基因MtHA1（在共生界面向植物轉(zhuǎn)運(yùn)磷的重要基因）的表達(dá)顯著增加,。同樣，與脂肪酸合成（WRI5a和MtFatM）及脂肪酸向共生界面轉(zhuǎn)運(yùn)（STR2）相關(guān)的基因表達(dá)也顯著提高（圖4E）,。相比之下,，假單胞菌Pseudomonas sp. H2在菌絲際接種后也能顯著提高植物中WRI5a和STR2的表達(dá)，但對(duì)MtFatM和MtHA1基因的表達(dá)沒(méi)有明顯影響（圖4E）,。
圖4 A：在有（+AMF）或沒(méi)有（?AMF）RhizophagusirregularisMUCL43194菌絲外菌絲（ERH）條件下,，鏈霉菌Streptomyces sp. D1和假單胞菌Pseudomonas sp. H2對(duì)植酸磷（Phytate-P）的消耗量；B：Pho84,、Pho91,、VTC2和VTC4基因在R.irregularisMUCL43194的ERH中，在無(wú)細(xì)菌對(duì)照組（Ctrl）以及接種鏈霉菌Streptomyces sp. D1或假單胞菌Pseudomonas sp. H2條件下的基因表達(dá)情況（n=3次生物學(xué)獨(dú)立重復(fù),，***P<0.001,，**P<0.01，*P<0.05,，LSD檢驗(yàn)）,；C：接種鏈霉菌Streptomyces sp. D1后，與未接種細(xì)菌的真菌相比,，在R.irregularisMUCL43194中顯著上調(diào)的磷酸鹽,、多磷酸及能量周轉(zhuǎn)相關(guān)基因的匯總。具有顯著（P<0.05）差異表達(dá)且log2FC>1的基因以紅色標(biāo)注,；D：在接種鏈霉菌Streptomyces sp. D1與未接種細(xì)菌的對(duì)照條件下,，R.irregularisMUCL43194菌絲外菌絲（ERH）中差異表達(dá)的基因數(shù)量（P<0.05，|log2FC|>1）,，分為細(xì)胞組成,、生物過(guò)程和分子功能三大類別；E：在無(wú)細(xì)菌（Ctrl）,、接種鏈霉菌Streptomyces sp. D1或假單胞菌Pseudomonas sp. H2的條件下,，與R.irregularisMUCL43194的ERH相關(guān)的苜蓿（Medicagotruncatula）中WRI5a、MtFatM,、STR2和MtHA1基因的表達(dá)情況（n=4次生物學(xué)獨(dú)立重復(fù),，***P<0.001，**P<0.01,，*P<0.05，LSD檢驗(yàn)）,。 五,、鏈霉菌Streptomyces sp. D1對(duì)菌絲際細(xì)菌群落的影響 為評(píng)估鏈霉菌Streptomyces sp. D1對(duì)菌絲際其它細(xì)菌的影響,，作者檢測(cè)了Streptomyces sp. D1的分泌物對(duì)19種細(xì)菌生長(zhǎng)的影響。結(jié)果顯示,，Streptomyces sp. D1的分泌物抑制14株細(xì)菌的生長(zhǎng),，包括假單胞菌Pseudomonas sp. H2（圖5A）。值得注意的是,，堿性磷酸酶（AP）生產(chǎn)效率較高的菌株（>0.4mMpNPh?1OD600?1）基本未受影響或僅受到輕微抑制（圖5B）,。在BJ土壤中，鏈霉菌Streptomyces sp. D1與假單胞菌Pseudomonas sp. H2之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系,。通過(guò)qPCR發(fā)現(xiàn),，在沒(méi)有ERH的情況下，Streptomyces sp. D1和Pseudomonas sp. H2的絕對(duì)豐度比顯著下降,。在ERH處理中,，無(wú)論是單獨(dú)培養(yǎng)還是雙重培養(yǎng)，Streptomyces sp. D1的菌落發(fā)育都優(yōu)于對(duì)照處理（圖5C,、D）,。此外，Streptomyces sp. D1的培養(yǎng)細(xì)胞和分泌物均能夠抑制Pseudomonas sp. H2的正常生長(zhǎng)（圖5E）,。對(duì)鏈霉菌Streptomyces sp. D1基因組進(jìn)行分析,，發(fā)現(xiàn)其擁有完整的albaflavenone（殺菌性抗生素）合成途徑基因（圖5F、G）,。與此一致,，鏈霉菌Streptomyces sp. D1中與萜類骨架生物合成相關(guān)的基因表達(dá)普遍增加，這些基因是albaflavenone前體物質(zhì)合成所必需的（圖5G）,。此外,，通過(guò)UPLC-MSMS檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在1/2TSB培養(yǎng)基中培養(yǎng)的Streptomyces sp. D1中,，濃度為0.93μgL?1的albaflavenone（C15H22O）被鑒定為與標(biāo)準(zhǔn)品（CAS:157078–47-2）一致（圖5H）,。
圖5 A：鏈霉菌Streptomyces sp. D1的分泌物對(duì)從RhizophagusirregularisMUCL43194菌絲外菌絲（ERH）表面分離的19種細(xì)菌的生長(zhǎng)抑制作用，這些細(xì)菌是在與BJ土壤細(xì)菌懸液接觸的培養(yǎng)條件下分離出來(lái)的,；B：19種從ERH表面分離的細(xì)菌的生長(zhǎng)抑制情況與其磷酸酶生產(chǎn)效率的相關(guān)性分析,；C：鏈霉菌Streptomyces sp. D1和假單胞菌Pseudomonas sp. H2分別單獨(dú)培養(yǎng)或聯(lián)合培養(yǎng)時(shí)，在與R.irregularisMUCL43194的ERH接觸（+AMF）或未接觸（?AMF）條件下的絕對(duì)豐度（n=4次生物學(xué)獨(dú)立重復(fù),，***P<0.001,，**P<0.01，*P<0.05,，LSD檢驗(yàn)）,；D：在雙重培養(yǎng)條件下，ERH存在（右柱）或不存在（左柱）時(shí),，鏈霉菌Streptomyces sp. D1和假單胞菌Pseudomonas sp. H2絕對(duì)豐度的比值,；E：鏈霉菌Streptomyces sp. D1（上圖）或其發(fā)酵液（下圖）對(duì)假單胞菌Pseudomonas sp. H2（Ps）在固體培養(yǎng)基（0.5%蛋白胨,、0.3%酵母提取物、0.5%NaCl,、0.8%瓊脂）中的影響,。對(duì)照組（Ctrl）使用0.9%NaCl溶液（w:v）或TSB培養(yǎng)基；F：通過(guò)antiSMASH6在鏈霉菌Streptomyces sp. D1基因組中檢測(cè)到的albaflavenone（殺菌性抗生素）生物合成基因簇,；G：鏈霉菌Streptomyces sp. D1的萜類骨架生物合成及倍半萜和三萜生物合成途徑的重建圖,，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。代謝途徑基于KEGG基因注釋以及三次重復(fù)（每次重復(fù)由5個(gè)培養(yǎng)皿混合）的相對(duì)差異基因表達(dá)譜,。具有顯著（P<0.05）差異表達(dá)且log2FC>1的基因路徑以紅色標(biāo)注（與ERH接觸時(shí)上調(diào)）,；H：對(duì)在1/2TSB培養(yǎng)基中培養(yǎng)的鏈霉菌Streptomyces sp. D1提取代謝物的UPLC-MSMS分析。UPLC-MSMS色譜圖包括albaflavenone標(biāo)準(zhǔn)品（上圖）和鏈霉菌Streptomyces sp. D1在TSB（胰蛋白胨大豆）培養(yǎng)基中的代謝物（下圖）,。 本研究揭示了Rhizophagus屬AM真菌與Streptomyces sp. D1的互作機(jī)制,。首先，AM真菌通過(guò)分泌碳源招募鏈霉菌定殖于菌絲表面,，而Streptomyces sp. D1憑借其抗生素的產(chǎn)生能力,，抑制了磷礦化能力較弱的細(xì)菌，進(jìn)而調(diào)控菌絲際微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能,，增強(qiáng)了AM真菌對(duì)磷的吸收,。本研究突出了關(guān)鍵細(xì)菌Streptomyces sp. D1在AM真菌菌絲表面真菌-細(xì)菌及細(xì)菌-細(xì)菌相互作用中的多功能性，為菌絲際微生態(tài)功能的調(diào)控機(jī)制提供了新的視角,。
圖6 AM真菌與細(xì)菌之間以及細(xì)菌-細(xì)菌之間在AM真菌菌絲表面復(fù)雜互作的示意圖 論文信息 原名：Arbuscular mycorrhizal fungi and Streptomyces: brothers in arms to shape the structure and function of the hyphosphere microbiome in the early stage of interaction 譯名：叢枝菌根真菌與鏈霉菌：協(xié)同塑造菌絲際微生物群早期互作的結(jié)構(gòu)與功能 期刊：Microbiome DOI：10.1186/s40168-024-01811-2 發(fā)表時(shí)間：2024年5月 通訊作者：Lin Zhang 通訊作者單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
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