芬兰云杉叶内真菌群落150年时空演变：标本宏基因组揭示气候变化下的微生物生态响应

《Environmental Microbiome》：Temporal and spatial shifts in the foliar fungal endophyte community of Norway spruce (Picea abies) over 150 years in Finland

本综述通过分析芬兰1861-2023年间挪威云杉（Picea abies）标本的ITS2序列，首次系统揭示了叶内真菌群落跨世纪时空动态。研究发现优势菌门为子囊菌门（Ascomycota），关键属Lophodermium piceae在近20年显著富集（P<0.05），南北地域差异驱动群落结构分化（PERMANOVA，P<0.05），而气候因子直接影响不显著。该研究为全球变化下植物-微生物互作机制提供了历史尺度新证据。

　　

引言：标本库——封存的微生物时光胶囊

植物标本馆珍藏的4.8亿份标本，是研究生物多样性的“时间胶囊”。尽管标本在分类学与生态学中广泛应用，其蕴藏的微生物群落历史动态却长期被忽视。本研究突破性地对芬兰1861-2023年间挪威云杉针叶标本进行ITS2测序，通过50年与20年时间窗口对比，首次揭示叶内真菌群落的跨世纪演变规律。

材料与方法：从干枯针叶到基因图谱

研究团队从芬兰自然历史博物馆等机构获取83份标本，采用改良表面灭菌法（70%乙醇+1%次氯酸钠）去除污染微生物。DNA提取后经DADA2去噪获得8607个ASVs（扩增子序列变异），其中24.5%可注释至门水平。通过FungalTraits数据库预测功能，结合温度、降水数据，解析环境因子对群落的影响。

结果：真菌群落的时空密码

1. 1.
   优势类群演化：子囊菌门（11.7%）和担子菌门（2.3%）主导群落，Lophodermium、Ceratocystis、Yarrowia为优势属。L. piceae在2001-2023年显著富集，而Aspergillus flavus在1951-2000年锐减。
2. 2.
   地域差异显著：南方群落α多样性低于北方（P<0.05），且群落结构差异显著（PCoA，PC1=53.5%）。北方样本中Yarrowia lipolytica等酵母菌富集，可能与耐寒适应相关。
3. 3.
   时间动态特征：1951-2000年群落与早期样本差异最大，或与芬兰森林管理政策变革（如择伐替代皆伐）相关。2021-2023年样本因冷冻保存呈现最高多样性。
4. 4.
   功能预测：植物病原体（3.81%）、叶/果腐生菌（3.57%）和木材分解菌（3.40%）为三大功能群，反映标本保存过程中的生态位演替。

讨论：标本微生物学的范式突破

1. 1.
   “暗物质”之谜：75.5%的ASVs未能注释，揭示标本中潜藏大量未知真菌资源，为分类学提供新线索。
2. 2.
   气候因子的微妙影响：尽管温度、降水未达显著水平，但地域差异暗示局部环境过滤作用。北方群落高多样性可能与宿主抗逆性增强有关。
3. 3.
   标本保存的“噪音”与“信号”：检测到人类共生菌（如Malassezia globosa），提示标本处理需标准化，但核心内共生群落特征仍稳定可溯。

结论：微生物历史的启示

本研究证实标本可重构百年尺度微生物动态，L. piceae的现代富集暗示气候变化下内共生关系重组。未来需结合多组学技术，解析“暗真菌”功能，为全球变化生物学提供新维度。