《Frontiers in Plant Science》：Deciphering the profiles of grapevine microbiomes from rhizosphere-to-leaf compartments using multi-omic analysis
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本文采用多组学技术系统解析了两种葡萄藤品种四个区室（根际、根面、根内、叶内）的微生物群落结构，揭示了区室是驱动微生物组成的首要因素，并识别出20个跨区室核心OTU。研究发现叶片二苯乙烯类化合物与核心微生物显著相关，加权基因共表达网络分析（WGCNA）进一步筛选出与代谢物相关的枢纽基因（如TIFY、SBP转录因子），为阐释植物-代谢物-微生物互作机制提供了新视角。
引言
植物相关的微生物组对宿主健康、产量和品质形成具有关键作用。尽管根际微生物组研究较多，但叶片与根系微生物组之间的特异性关联尚不清晰。核心微生物组（core microbiome）作为在宿主种群中稳定存在的微生物集合，其跨器官（尤其是地上与地下部分）的分布规律与功能仍有待揭示。葡萄藤作为重要经济作物，其不同区室（根、根面、根际、叶）的微生物群落结构及与宿主代谢物、基因的互作网络尚未系统解析。
材料与方法
研究以圆叶葡萄（Vitis rotundifolia）品种‘Alachua’和‘Noble’为材料，在浆果成熟期采集根际（RH）、根面（RP）、根内（RE）和叶内（LE）样品。通过扩增子测序（16S rRNA V5–V7区、ITS区）分析微生物群落结构，利用标准化随机比率（NST）评估群落构建过程（确定性vs随机性）。通过代谢组学检测叶片二苯乙烯类化合物，并结合转录组数据开展加权基因共表达网络分析（WGCNA），筛选与代谢物相关的枢纽基因。
结果
- 1.
区室是微生物群落分异的主要驱动因子
主坐标分析（PCoA）显示，区室对细菌（R2=72.36%）和真菌（R2=50.68%）群落变异的解释度远高于品种。细菌α多样性从根际到叶内显著下降，而真菌α多样性无线性变化规律。
- 2.
微生物群落组成具区室特异性
细菌以变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinomycetota）为优势门；叶内富集未分类的Alcaligenaceae科菌属，根际富集芽孢杆菌属（Bacillus）。真菌中子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）占主导，叶内枝孢菌属（Aureobasidium）丰度较高，根际富集镰刀菌属（Fusarium）。
- 3.
群落构建过程沿植物连续体转变
NST分析表明，细菌在根际、根面和根内以随机过程为主，在叶内转为确定性过程主导；真菌在根际和根面为随机主导，在根内和叶内转为确定性主导。根内细菌与真菌的构建模式相反（细菌随机、真菌确定性）。
- 4.
跨区室核心微生物与二苯乙烯化合物显著关联
共鉴定出20个共享核心OTU（细菌13个，真菌7个），主要属于变形菌门、放线菌门和子囊菌门。Spearman相关性分析显示，核心细菌OTU1625（Rhodococcus）与紫檀芪（pterostilbene）、4’-甲氧基白藜芦醇等呈正相关，OTU1999（Sphingomonas）与上述化合物负相关；核心真菌OTU1673（Fusarium）与紫檀芪、落新妇苷（astilbin）等负相关，但与白藜芦醇-4’-O-β-D-(6’’-O-没食子酰)-葡萄糖苷（resveratrol-4’-O-β-D-(6’’-O-galloyl)-glucopyranoside）正相关。
- 5.
枢纽基因模块与二苯乙烯化合物协同表达
WGCNA将叶片表达量前500的基因划分为5个模块，其中蓝色模块和turquoise模块与多种二苯乙烯化合物（如紫檀芪、云杉新苷（piceid））显著相关。蓝色模块中包含TIFY和SBP两个转录因子基因，可能参与调控二苯乙烯代谢途径。
讨论
本研究通过多组学整合分析，系统揭示了葡萄藤微生物组沿根际-叶际连续体的分布规律及宿主筛选效应。核心微生物与二苯乙烯化合物的相关性提示微生物可能参与宿主次生代谢调控，而枢纽基因的识别为解析植物-微生物互作的遗传基础提供了新线索。未来需通过实验验证核心微生物的功能及其与宿主基因、代谢物的因果关联。
结论
研究明确了区室对葡萄藤微生物组组成的决定性影响，鉴定了跨区室核心微生物群，并初步构建了“基因-代谢物-微生物”互作网络，为利用微生物组调控葡萄健康生长及品质提升提供了理论依据。
