大型真菌和林木根系形成一种互惠共生体-外生菌根，相应的真菌被称为外生菌根真菌（Ectomycorrhizal fungi, EMF），其中许多类群为名贵的野生食用菌，比如松茸、松露（块菌）、干巴菌等，EMF在森林群落结构和生态系统稳定中发挥着重要的作用。EMF在生长发育过程中需要与宿主和其它微生物相互作用，组成外生菌根—植物—微生物密切关联的“共生体系”，是影响EMF生长发育和产量品质的关键所在。为此，中国科学院昆明植物所研究人员选择名贵EMF（松茸、干巴菌、块菌）及其典型生境作为研究对象，对EMF组织及周围土壤环境中微生物组开展了系列研究：
通过对松茸不同结构（图1）内生细菌的研究发现，松茸结构中共存的细菌有200多种，而在各结构中潜藏的特有细菌多达400多种，其中微球菌、芽孢杆菌、柄杆菌和鞘氨醇单胞菌是最重要的类群。非参数多元方差分析表明，松茸子实体不同部位的细菌和真菌群落结构上均存在显著差异。氨基酸、碳水化合物和核苷酸的代谢以及次生代谢产物的合成高度富集在松茸的外层，而在松茸内部，维生素、脂类和能量代谢显著提高（图1），这与松茸子实体生长发育、挥发性物质合成等密切相关。
图1.松茸子实体（盖表皮、柄表皮、菌盖组织、菌柄组织、菌褶）微生物群落的多样性、结构及潜在代谢功能差异
为了进一步了解EMF子实体内实际参与碳、氮、磷、硫等元素循环的功能微生物差异，对干巴菌子实体不同结构微生物群落的功能基因多样性进行了分析（图1）。发现在干巴菌最外部的菌盖皮层主要富集参与硫氧化和多聚磷酸盐降解的255个功能基因，中部的子实层有524种功能基因参与碳还原和亚硫酸盐还原，大量特有功能基因（1334）在子实体内部参与碳、氮固定过程（图3）。这些结果揭示了微生物组和功能基因在干巴菌子实体不同结构的分布及其复杂性，也反应出EMF在整个森林生态系统中的存在并不孤立，而是从周围土壤招募数千种细菌参与其子实体形成及内部元素循环。
图2.干巴菌子实体内部组织、子实层、子实体上皮层微生物群落特定功能基因分析。A，共有和特有的功能基因数；B，显著差异的功能基因类群；C，主要功能基因亚类群；D，子实体内部和子实层氮循环差异功能基因分析
为深入比较生境对地下EMF微生物组的影响，选取三种块菌（Tuber pseudobrumale, Tp; T. pseudohimalayense, Th; T. indicum,Ti）进行研究并发现：1）相同生境条件下，不同的块菌（Th vs. Ti）对其子实体周围的土壤养分和真菌群落具有显著影响：相比Ti, Th土壤具有更高的养分含量（总碳、总氮），Th子实体和其生境土壤中的真菌多样性和丰富度均显著高于Ti；2）自然条件下，同一个种（Tp）来自不同产地，块菌的形态和微生物群落也会产生明显变化，包括子实体宏观（表皮纹饰、颜色和厚度）、表皮和内部微生物多样性（图3）、优势菌群的相对丰度和群落结构；3）人工培育（栽培）条件下，同一个种（Ti）与不同的植物（云南松、华山松、锥连栎）共生后，块菌微生物组并未发生明显变化，其多样性主要受块菌及周围生态位变化的影响：从土壤到块菌子实体，细菌和真菌多样性均显著降低（图4），最终定殖在子实体内的微生物为特定的有益类群（如α变形菌纲的固碳、固氮菌）。
图3. 不同产区T. pseudobrumale 的形态（子囊果外皮层、产孢组织）及内生细菌群落组成变化
图4. 印度块菌生境微生物多样性及在不同生态位的变化（生境土壤、子囊果附着土壤、子囊果外皮层、产孢组织）
以上研究结果揭示了生境对EMF形态和共生微生物的影响，而这些微生物密切参与子实体的养分循环，是影响其生长发育、形态和产量品质的重要生物因素。后续研究将对不同生境EMF组织及周围土壤微生物组的共有和促生类群进行分析和培养，为MHB（Mycorrhiza Helper Bacteria）、MHF（Mycorrhiza Helper Fungi）筛选、根际微生物组合成和人工培育（栽培）等研究奠定基础。
研究成果分别发表在Journal of Fungi、mSphere、Frontiers in Microbiology和Mycological Progress等期刊。研究所副研究员刘栋为第一作者，于富强正高级工程师为通讯作者。研究得到国家重大研发计划项目（2017YFC0505206）、中科院科技扶贫（KFJ-FP-201905）与西部之光项目（Y923217）和科技入滇项目（202003AD150005）等项目的资助。
文章链接：https://www.mdpi.com/2309-608X/7/8/586
