红树林（Rhizophora apiculata）根际和根内生细菌群落的比较分类学与功能分析

《Rhizosphere》：Comparative Taxonomic and Functional Profiling of Rhizosphere and Root Endophytic Bacterial Communities in the Mangrove Rhizophora apiculata

本研究采用Illumina高通量测序技术分析红树Rhizophora apiculata根际和内根部分区细菌多样性及功能差异。结果显示根际α和β多样性显著高于内根部分区，优势菌群包括变形菌、酸杆菌等，且存在功能分化，根际菌群参与有机质分解和氧化还原调控，内根部分区菌群适应宿主压力。

　　

K.A. Wafha|K. Devika Raj|Anas Abdulaziz|Baby Divya

埃尔纳库拉姆圣心学院动物学系

摘要

红树林各组成部分（包括根际、根平面、叶层和内生层）中存在的多样化细菌群落，反映了在高盐度、潮汐波动和积水等条件下生存所需的重要生态功能。本研究采用Illumina高通量测序技术进行16S rRNA基因扩增子测序（宏条形码分析），全面分析了耐盐红树物种根际（RC）和根内生层（EC）中的细菌多样性及其生态系统功能。结果表明，根据α-多样性和β-多样性指标评估，根际中的细菌多样性显著高于根内生层。分类学分析共鉴定出58个细菌门，属于163个纲、419个目、672个科、1187个属和2559个物种。其中最常见的五个细菌门是Proteobacteria、Acidobacteriota、Bacteroidota、Patescibacteria和Desulfobacteriota。在这些门中，Proteobacteria在根际和根内生层中均最为丰富，其次是根内生层中的Desulfobacteriota和根际中的Acidobacteriota。此外，在根内生层和根际群落中都观察到一些共同的丰富细菌属。这些属在养分循环、污染物降解和生态系统稳定性维持中发挥着重要作用。主要细菌属包括、、、、、、、和属。计算预测表明，与这些功能基因相关的代谢多样性包括细胞过程、养分代谢和遗传信息处理。根内生层细菌与适应性微生物策略相关，而根际群落则驱动有机物的转化、氧化还原调节和环境缓冲。本研究探讨了与其相关细菌组之间的复杂关联，并提供了对此关系的宝贵见解。

引言

红树林-全生物群落的复杂、动态和韧性特性，尤其是在环境压力下，激发了人们对其复杂相互作用的理解兴趣。在多样的红树林-微生物网络中，红树物种与其相关细菌群落（根际居民、根平面定植者、内生层居民和叶层栖息者）之间的相互作用不断为我们提供新的功能认识。在红树林-细菌相互作用中，根内生层和根际细菌群落作为对植物生长、发育和耐受性有深远影响的组成部分而受到关注。然而，大多数研究集中在红树根际和沉积物上（Maysaroh等，2024；Muwawa等，2024；Quintero等，2022；Sidharthan等，2025；Sui等，2023；Yang等，2023）。关于根内生层和根际细菌的比较分析尚不足以阐明其多样性和功能特异性（Yuan等，2023）。

细菌多样性主要受根分泌物组成（Adeniji等，2025；Afridi等，2024；Yetgin，2023）、全球范围（Lv等，2023）、养分可用性（Adeniji等，2025；Liu等，2022）、微生物相互作用（Guo等，2025；Pierce和Dutton，2022）、环境条件（Bogati和Walczak，2022；Yan等，2025）、演替变化（Ciccazzo等，2016；Pan等，2025）以及人类活动（Barra Caracciolo和Terenzi，2021；Li等，2025）的影响。从功能角度来看，根际区域是一个养分生产单元，包括固氮、磷酸盐溶解、硫矿化、钾溶解、铁还原和铁载体生产（Chauhan等，2025；Dlamini等，2022；Negre Rodríguez等，2025）。此外，植物病原体的激素刺激和抑制也会调节细菌的多样性（Meena，2018）。

红树林-细菌多样性模式与海洋和陆地生态系统不同（Ghose等，2025；Wang等，2012），后者具有独特的环境特征（高盐度、潮汐波动和积水），这些特征为细菌群落创造了挑战性环境，导致抗性微生物种类的入侵（Sakhia等，2016）。此外，红树物种中的根内生层和根际细菌群落具有显著多样性并表现出显著的相互作用（Yuan等，2023；Zhuang等，2020；Sui等，2023）。因此，需要深入研究以了解红树林中的内生层和根际细菌多样性及其在恶劣环境中的变化情况。

传统方法用于比较多样性分析，难以理解高度多样化的微生物群落的复杂性。因此，高通量测序作为一种强大的工具被用于红树物种根内生层和根际细菌群的比较分析。迄今为止，只有三项关于红树林生态系统的此类比较分析的研究被报道，分别是Zhuang等（2020）在中的研究，Sui等（2023）在和中的研究，以及Yuan等（2023）在和中的研究。

然而，特别是在极端海侧生长、环境条件波动较大的物种中，根内生层和根际细菌群的比较分析仍然非常有限。是喀拉拉海岸线最普遍的耐盐红树物种之一（Anupama和Sivadasan，2004；Samal等，2023）。本研究选择了喀拉拉中部拥有丰富红树种类的Puthuvype岛，该岛以为主（Rani等，2011）。

本研究旨在利用高通量16S rRNA基因测序技术，调查红树物种根际和根内生层中的细菌微生物组组成和变异性。这一发现为细菌多样性和根际与根内生层之间的功能差异提供了新的研究方向。

研究区域和样本收集

研究区域位于Vembanad-Kol湿地拉姆萨尔保护区，即印度喀拉拉邦埃尔纳库拉姆区的Puthuvype红树林岛（10.01°N，76.23°S），位于阿拉伯海和Vembanad湖之间（Christy，2024；Rani等，2018）。尽管1986年《环境保护法》禁止在海岸高潮线200米范围内进行任何建设（2019年《沿海管制区（CRZ）通知》），但这些地区仍存在

测序结果

通过16S rRNA基因扩增子测序获得的高质量序列有助于表征样本中的细菌群落。根内生层（EC）和根际（RC）分别获得了564,054个和586,856个有效序列，平均序列长度为301个碱基对。稀释曲线和外推曲线显示，测序深度足以捕获大部分细菌群落

讨论

根内生层和根际中细菌群落的植物驱动选择主要受养分获取、宿主防御机制和压力缓解能力的影响（Nguyen等，2025；Parasar等，2024；Song等，2025）。本研究利用Illumina高通量测序技术，对根际和根内生层中的细菌多样性及其复杂相互作用进行了全面分析，提供了首例相关数据

结论

总体而言，对红树中居住细菌及其与红树复杂相互作用的研究揭示了根内生层和根际细菌的动态变化。研究表明，尽管生态位划分明显，根际细菌组比根内生层细菌组具有更丰富的组成。分类学特征显示五个细菌门占主导地位，其中最丰富的

CRediT作者贡献声明

Devika Raj K：撰写——审稿与编辑、软件处理、数据分析。Wafha KA：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、项目管理、方法学设计、实验设计。Baby Divya：撰写——审稿与编辑、数据验证、项目管理、数据分析、概念化。Anas Abdulaziz：撰写——审稿与编辑

未引用参考文献

Eka等，2022；R等，2011；Wang等，2024。

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。