《Frontiers in Plant Science》：Comparative analysis of the seed microbiome in four major oilseed crops (rapeseed, sunflower, soybean, sesame) reveals host-specific assembly and potential application of seed core microbes
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本研究通过比较分析油菜、向日葵、大豆和芝麻四大油料作物的种子微生物组，揭示了其宿主特异性组装规律及核心微生物功能。研究发现种子微生物群落结构与宿主物种和品种显著相关，其预测功能（如脂质代谢）与种子特有代谢物（如硫苷、亚油酸）存在密切关联。研究成功分离出核心微生物Sphingomonas endophytica SE-S32，证实其可跨作物增强对菌核病的抗性。该研究为利用种子核心微生物提升油料作物品质和抗逆性提供了理论依据和创新策略。
引言
油料作物作为农业生产的重要组成部分，是食用油、高蛋白饲料和工业生物燃料的主要来源。随着对油料作物品质要求的提高，气候变化、病原菌爆发及生物/非生物胁迫等因素对油籽产量和品质构成严重威胁。植物微生物组（包括种子微生物组）在植物营养、胁迫适应和种子品质调控中发挥关键作用。种子作为植物微生物的重要储存库，其微生物群落结构、功能及其与宿主的互作机制尚待深入解析。
材料与方法
研究收集了向日葵、芝麻、大豆（各5个品种）及油菜（华双4号）的种子样本，通过16S rRNA基因扩增子测序（V5-V7区）分析种子内生微生物组。样本经表面灭菌处理后，提取总DNA并进行PCR扩增，使用QIIME2和DADA2进行生物信息学分析。核心微生物定义为在每种作物60%以上样本中存在的ASVs。功能预测采用PICRUSt2，并通过温室实验验证核心微生物Sphingomonas endophytica SE-S32对大豆幼苗生长及菌核病抗性的影响。
结果
种子微生物组的多样性与结构
四种油料作物共鉴定出16,284个细菌ASVs。香农指数显示向日葵种子微生物多样性最高，大豆最低。主坐标分析表明物种和品种均显著影响微生物群落结构（PERMANOVA，R2> 0.13, p < 0.05），证实微生物组装具有宿主特异性。
微生物分类组成
在门水平上，变形菌门（Proteobacteria）为绝对优势菌群（相对丰度50.78%–69.49%），其次为放线菌门（Actinobacteriota）和厚壁菌门（Firmicutes）。属水平组成因作物而异：向日葵和芝麻以Brevundimonas、假单胞菌属（Pseudomonas）为主；油菜中罗尔斯通菌属（Ralstonia）和链球菌属（Streptococcus）丰度较高；大豆则以Brevundimonas和链球菌属为主导。
核心与独特微生物组的识别
四种作物中共存在18个核心ASVs，包括Sphingomonas、Brevundimonas等潜在有益菌，以及功能未知的Fusobacterium和Haemophilus。核心微生物相对丰度占13.84%–43.95%。独特ASVs如油菜中的Ralstonia、芝麻中的Bacillus和大豆中的Rothia表现出宿主特异性。
微生物功能预测
PICRUSt2预测显示，种子微生物功能以氨基酸代谢、碳水化合物代谢为主。脂质代谢途径中，油菜微生物组的脂肪酸延伸和硫苷（glucosinolate）生物合成功能显著富集；向日葵微生物组与亚油酸代谢相关；芝麻微生物组则与苯丙烷类生物合成（如芝麻素）密切相关。大豆微生物组在甘油酯代谢等途径中丰度较低。
核心微生物的功能验证
核心ASV Core17（Sphingomonas）在85%样本中检出。从油菜种子分离的Sphingomonas endophytica SE-S32对菌核病菌（Sclerotinia sclerotiorum）EP-1PNA367具有直接拮抗作用（菌落直径减少26%）。接种SE-S32的大豆幼苗菌核病病斑面积显著减少39%，且对幼苗生长无负面影响。
讨论
种子微生物组组装受宿主基因型和代谢物（如油菜的硫苷）驱动，其功能与种子代谢特征高度关联。核心微生物的保守性暗示其与宿主的协同进化关系。SE-S32的跨作物抗病性证实核心微生物可作为广谱微生物接种剂。未来需深入解析18个核心ASVs的协同机制及对作物品质的调控途径。
