《Aquaculture》：Structural and functional dynamics of endophytic bacterial communities in
Sargassum fusiforme across developmental stages
编辑推荐：
Sargassum fusiforme的内生菌群在不同生长阶段呈现动态变化，影响其生理活动和物质积累。研究发现菌群多样性在快速生长期最低，成熟期最高，优势菌群包括变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和蓝菌门，其中酸杆菌门与拟杆菌门协同降解藻胶酸，假单胞菌促进生长，蓝菌与溶解氧和氮素养素动态相关，放线菌门在成熟期升高助力有机质分解。研究为可持续藻类养殖和功能菌群筛选提供依据。
向宏艳|田帅鹏|鲍东亚|曹聪|王卓然|张旭|吴明江|马增岭|童海斌|陈斌斌
中国温州大学城市水污染生态治理技术国家与地方联合工程研究中心，温州325035
摘要
Sargassum fusiforme是一种属于马尾藻科的褐藻，在中国药典中得到了正式认可，因其兼具食用和药用价值而备受重视。在其生命周期中，其生长与发育过程与微生物群落的动态相互作用密切相关。在本研究中，我们跟踪了在浙江省东头培养的S. fusiforme在整个培养周期内的生理变化以及内生细菌的结构和多样性。观察到在不同生长阶段内生细菌群落发生了明显变化——在成熟期，OTU（操作分类单元）的数量最多；而在活跃生长阶段，微生物多样性降至最低。在整个周期中，变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidota）和蓝细菌门（Cyanobacteria）始终占主导地位。值得注意的是，酸杆菌门（Acidobacteriota）和拟杆菌门共同作用分解藻酸盐，有助于维持微生物多样性。假单胞菌（Pseudomonas）数量的增加与藻类生长增强有关，而致病性的弧菌（Vibrio）则与组织退化相关。对水柱的连续原位监测显示，在早期和快速生长阶段，蓝细菌的数量随溶解氧的增加而增加，但随着无机氮的增加而减少。在成熟期温度升高时，绿弯菌门（Chloroflexi）的数量也增加，这有助于有机物的分解和藻类所需必需营养物质的释放。这些由微生物介导的过程影响了赤霉素、多糖和蛋白质等关键内部成分，最终塑造了S. fusiforme的生长模式。我们的发现为更健康的养殖实践提供了有意义的见解，并为识别促进生长的有益细菌群落开辟了新的可能性。
引言
植物内生菌是自然存在于健康植物组织和器官中的微生物，在整个植物生长过程中通常不会引起任何可见症状。虽然有些内生菌可能保持中立或偶尔导致疾病，但许多内生菌在促进宿主植物的发育和健康方面发挥着支持作用（Cui等人，2024年）。这些内生菌表现出丰富的分类多样性，在不同的植物物种中存在不同的群落。即使在同一植物内部，它们也根据器官、生长阶段和周围环境条件而显著变化（Li等人，2016年）。
最近对植物内生菌的研究进展揭示了高度调控和动态的相互作用，其中互利和竞争性相互作用共存（Kraiser等人，2011年；Reinhold-Hurek和Hurek，2011年）。在这种共生关系中，宿主植物提供固定的碳和受保护的生态位，而内生菌则通过产生生物活性代谢物和信号分子来促进植物生长——从而建立了相互选择和共同进化的框架（Ali等人，2014年）。内生菌通过多种机制增强宿主的抗逆性，包括分泌抗菌化合物和优先定植易感染部位（Kumar等人，2025年；Montoya等人，2025年），并通过合成植物激素和挥发性有机化合物来影响植物发育（Rosa等人，2025年）。值得注意的是，进一步的研究证明内生菌还可以作为外源基因的载体，增强植物的抗虫性（Song等人，2024年）。此外，内生菌-宿主植物群落展示了固定或转化环境重金属的能力，为非根际植物修复提供了一种有前景的策略。然而，重要的是要认识到某些内生菌株具有能够抑制宿主防御并在特定条件下引发病理结果的毒力因子（Chi等人，2023年；Tan等人，2021年）。
Li等人（2024年）使用培养依赖技术和高通量测序技术研究了S. thunbergii的内生细菌群落。他们的发现表明，内生细菌具有丰富的功能相关性，表明藻类的内部环境在塑造内生细菌群落组成方面起着选择性过滤作用。共分离出39种内生细菌菌株，其中厚壁菌门、Bacillus和Metabacillus indicus分别在门、属和种水平上占主导地位。高通量测序分析进一步表明，变形菌门是主导的门，Ralstonia是主导的属（Li等人，2024年）。
经济上重要的褐藻S. fusiforme自然分布于西北太平洋沿岸的低潮带地区，主要分布在中国、日本和韩国。其藻体富含氨基酸、硫酸化多糖和多酚，并在中国药典中被正式认可为有价值的营养保健品和药用资源（He等人，2021年；Liu等人，2020a；Liu等人，2020b；Sun等人，2019年；Wang等人，2023年）。密集的海洋微生物群落通常定植在大型藻类的表面或内部组织中。尽管S. fusiforme的内生组学尚未完全表征，但可以从其他褐藻的研究以及S. fusiforme本身的附生微生物调查中获得一些见解。例如，对海带Saccharina japonica的宏基因组分析显示，α-变形菌门（Alphaproteobacteria）、γ-变形菌门（Gammaproteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidota）与宿主健康密切相关：有益的菌类被认为通过合成必需维生素和支持氮代谢来促进生长，而病原菌Planomicrobium okeanokoites LJ2–4与藻体漂白有关（Han等人，2023年）。
共现网络分析进一步表明，附生细菌与S. fusiforme之间存在相互作用；较长的藻体与更高的微生物连通性和增加的固氮、矿化、磷循环和离子运输功能潜力相关（Liu等人，2023年）。这些发现表明S. fusiforme可能依赖于其相关微生物群落来获取必需的营养物质。在整个培养周期中，藻类的生理状态和生化组成发生了显著变化：光合作用活动在3月达到峰值，此时光照强度最大，海水温度超过20°C；生长速率在4月达到最高水平；可溶性碳水化合物的积累在11月达到峰值（Tian等人，2022年；Zuo等人，2025年）。这些时间动态至少部分受到内生微生物群落变化的影响。海水养殖过程中的环境波动会导致微生物多样性的显著变化。海藻与其内生菌群落之间的密切相互作用产生了动态的整体生物体，这些生物体在调节藻类生长和发育中起着关键作用。
在这项研究中，我们对中国主要养殖基地的经济重要褐藻S. fusiforme进行了全面的、全周期的调查。系统地监测了连续生长阶段的生理特征，并使用基于Illumina的16S rRNA基因扩增子测序技术表征了内生细菌群落。进一步应用宏基因组分析来追踪整个培养周期中的分类组成、群落结构和功能潜力的变化。通过将微生物组数据与同时的环境参数相结合，我们识别出了与宿主表现相关的特定阶段微生物动态、关键菌类及其协同演替模式。这些结果将加深我们对Sargassum在自然条件下的生物学理解，为可持续水产养殖实践提供科学依据，并为未来分离和功能验证促进生长的细菌群落提供了坚实的框架。
部分摘录
样本采集
本研究中使用的S. fusiforme样本来自中国温州的东头岛（27°84′N，121°19′E）。样本分别采集自四个阶段，即幼苗期、生长期、快速生长期和成熟期，对应于11月、12月、3月和4月的样本。这些样本是从培养绳上采集的。样本被放置在低温泡沫箱（约4°C）中，并在4小时内运回实验室
不同生长阶段的微生物物种组成
从图1a可以看出，在S. fusiforme的细菌菌落中，四个阶段（幼苗期、生长期、快速生长期和成熟期）的OTU组成存在差异和重叠关系。共获得了3204个微生物OTU，分别来自S. fusiforme组织的四个阶段，分别为810、779、713和902个OTU。四个阶段的微生物OTU总数为561个，占总OTU的17.51%。具体的OTU数量为26
讨论
本研究表明，S. fusiforme幼苗的内生细菌群落主要由变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和蓝细菌门组成，这与先前的研究结果一致。值得注意的是，变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门在与大型藻类相关的细菌群落中通常占主导地位（Longford等人，2007年；Tujula等人，2010年）。
在S. fusiforme的生长和发育过程中，内源性的拟杆菌门和酸杆菌共同作用
结论
总之，在S. fusiforme的整个培养周期中，成熟期的内生细菌数量最多，而生长阶段的微生物多样性最低。酸杆菌和拟杆菌共同降解藻酸，有助于维持微生物群落的结构稳定性，而假单胞菌通过增加赤霉素的产生来促进藻类生长。在幼苗期，较高的SC水平促进了
作者贡献
HX和BC参与了实验的完成、数据调查与分析，并撰写了论文的初稿。ST、DB和CC参与了样本采集和实验过程。ZW、XZ和HT参与了论文的修订。MW、ZM和BC参与了概念构思、监督、审阅和编辑工作。
CRediT作者贡献声明
向宏艳：撰写——初稿、调查、正式分析、数据管理。田帅鹏：调查。鲍东亚：数据管理。曹聪：数据管理。王卓然：软件支持。张旭：资源提供。吴明江：方法学研究。马增岭：方法学研究。童海斌：撰写——审阅与编辑。陈斌斌：撰写——审阅与编辑、监督、方法学研究、资金申请。
未引用的参考文献
Aamir等人，2020年
Li等人，2018年
Rawat等人，2012年
Tang等人，2025年
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了温州农业重大科技项目（编号：ZX2024003-4）、温州科技计划项目（编号：N20220005）、温州科协项目（编号：KJFW2024-028）以及浙江省自然科学基金联合基金（编号：LLSSZ25H280003）的支持。作者还要感谢所有在材料收集过程中提供帮助的工作人员。
