英文标题：Depletion of protective microbiota promotes the incidence of fruit disease

中文标题：保护性微生物的减少促进了果实病害发生

发表时间&期刊：2024.05 &The ISME Journal（IF：11）

测序技术：16S、ITS扩增子测序

1.单作（MP）导致花生减产且病害更严重

为了探究耕作方式对花生的影响，分别在单作和轮作（RP）后的田地种植花生（图1A）。结果表明，与轮作相比，单作导致荚果数量显著降低，同时荚果病害程度显著升高（图1B）。

图1 单作增加花生果实病害

2.单作改变微生物群落多样性及组成

与田间试验一致，用MP土壤栽培的果实病害程度显著高于用RP土壤的（图2B），MP显著提高了Chloroflexi的相对丰度而降低了Acidobacteriota的相对丰度（图2CD）。与RP相比，MP也降低了细菌和真菌群落的α多样性（图2EF）。此外，用MP和RP土壤栽培下的花生不同部位细菌和真菌群落也存在明显的差异（图2GH）。

图2 单作改变微生物群落多样性及组成

3.根际（YR）和果实表面（GE）招募了不同的细菌及真菌群落

为了寻找MP和RP条件对YR和GE微生物群有显著影响的细菌和真菌，通过LEfSe得出，YR比GE富集的物种多。MP条件下GE富集了具有抗真菌及促生能力的细菌Sphingomonas、Streptomyces、Bradyrhizobium，以及引起植物病害的真菌 Aspergillus（图3）。

图3 根系和果实招募不同的细菌和真菌群落

4. 单作使果实表面芽孢杆菌减少而曲霉菌增多

轮作条件下果实表面显著富集Bacillus，单作则显著富集Aspergillus（图4A）。与轮作相比，单作显著增加了果实表面Aspergillus的丰度（图4B），降低了Bacillus的丰度（图4C）。在相同的种植条件下，GE和YR之间的Bacillus丰度无显著差异，表明种植方式是果实表面Bacillus丰度下降的决定因素。此外，Aspergillus丰度与果实病害正相关（图4E），而Bacillus丰度与果实病害负相关（图4F）。

图4 单作使果实表面芽孢杆菌减少而曲霉菌增多

5.合成菌群1对曲霉菌生长的抑制效果好于单个菌株

从果实表面共分离到29株真菌，41株芽孢杆菌。选择A. flavus GE1和A. niger GE2（二者均能引起果实较为严重的病害）这2株病原菌，以及B. cereus GE1、B. amyloliquefaciens GE2、B. altitudinis GE3（三者对2株病原菌的生长有直接拮抗作用）这3株细菌，并将其混合作为合成菌群1进行后续实验（图5GH）。

图5 菌株拮抗实验

首先通过荧光实验测定了合成菌群对曲霉菌生长的影响，结果表明，合成菌群1的抑制效果好于合成菌群2（由B. halotolerans GE7、Paenibacillus sp. GE8、B. siamensis GE10组成）以及单个菌株的（图6AB）。之后在果实表面接种菌株进行验证：与单一芽孢杆菌菌株及合成菌群2相比，合成菌群1进一步降低了果实表面两株曲霉菌的丰度（图6CD）。

图6 合成菌群1对曲霉生长的抑制作用优于单一芽孢杆菌

6.合成菌群1降低果实病害 

利用单作后的大田土壤来进行盆栽实验，探究合成菌群1是否能降低果实病害。与对照相比，loc和syst组在接种合成菌群后，果实病害分别降低了56.78%和32.15%（图7），表明合成菌群1不仅能降低局部的病害，还可以诱导植物产生系统抗性。

图7 合成菌群1降低病害

此外，接种合成菌群1提高了果实表面细菌和真菌的α多样性；同时芽孢杆菌的相对丰度显著升高，曲霉菌的相对丰度显著降低，二者相对丰度呈显著负相关（图8）。

图8 降低病害的微生物机制

7.合成菌群1激活诱导性系统抗性

由于对照和syst组果实表面芽孢杆菌和曲霉菌的相对丰度无显著差异，推测合成菌群1通过诱导植物产生系统抗性来降低病害。通过测定果壳中茉莉酸、水杨酸和脱落酸的含量，并分析果壳中与之相关的防御标记基因的表达模式，证实了合成菌群1激活茉莉酸介导下的诱导性系统抗性。

图9 合成菌群激活诱导性系统抗性

该研究以花生为材料，揭示了植物不同器官微生物组的特异性，通过曲霉菌与芽孢杆菌之间的相互作用、土壤微生物组分析和植物免疫分析，揭示在单作条件下，果实病害频发与土壤中保护性菌的减少密切相关。

参考文献：

[1] Luo Xue, Sun Kai, Li Haoran. et al. Depletion of protective microbiota promotes the incidence of fruit disease. The ISME journal. 2024