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本研究发现留尼汪岛附生兰Bulbophyllum variegatum强烈偏好宿主树Agarista salicifolia，并揭示该树种的树皮共生真菌（含Tulasnellaceae）与兰花根部真菌群落的特异性关联，可能影响兰花种子萌发及共生模式。
雷米·佩特罗利（Rémi Petrolli）| 罗莎·凯默林（Rosa Kemmerling）| 杰罗米娜·科洛贝尔（Géromine Collobert）| 伊芙·赫莱金（Eve Hellequin）| 托尼·罗比内（Tony Robinet）| 尼尔·兰开斯特（Neil Lancaster）| 大卫·L·罗伯茨（David L. Roberts）| 蒂埃里·帕耶（Thierry Pailler）| 克劳丁·阿彭（Claudine Ah-Peng）| 马克-安德烈·塞洛斯（Marc-André Selosse）| 弗洛朗·马托斯（Florent Martos）
系统学、进化与生物多样性研究所（ISYEB），法国国家自然历史博物馆，法国国家科学研究中心（CNRS），索邦大学，巴黎政治学院（EPHE-PSL），安的列斯大学，邮政信箱39号，库维埃街57号，75005，巴黎，法国
摘要
虽然热带附生植物的寄主偏好主要受树木数量和大小的影响，但菌根真菌在树种间的分布可能会影响兰花的寄主偏好。在这里，我们研究了留尼汪岛一个1公顷森林地块中十种附生兰花的寄主偏好，发现Bulbophyllum variegatum具有明显的寄主选择性。通过使用Illumina测序技术对真菌的ITS-2条形码进行分析，我们识别出了真菌群落，包括与B. variegatum及其宿主树种树皮和根系相关的菌根Tulasnellaceae科真菌。不同树种的树皮真菌和菌根群落存在差异，其中某些真菌种类仅存在于B. variegatum的寄主体内。研究发现，三种真菌（一种属于Serendipitaceae科，两种属于Tulasnellaceae科）在兰花生命周期的不同阶段都参与了菌根形成。我们的结果表明，菌根真菌在树皮间的不均匀分布可能会影响附生兰花的寄主偏好，这一假设需要进一步通过实验验证。
引言
植物群落的形成受到生物和非生物因素复杂相互作用的影响。生物相互作用在构建这些群落中起着主导作用（Wisz等人，2013年；Chomicki等人，2019年；García-Girón等人，2020年），尤其是在热带地区（Callaway等人，2002年；Schemske等人，2009年；Chomicki等人，2019年）。在热带雨林中，最显著的相互作用之一是那些不扎根于土壤、而是附着在树干或树枝上的附生植物（Zotz，2016年）。事实上，附生植物是热带雨林的重要组成部分，大约10%的维管植物属于附生植物（Zotz，2013年）。
自热带森林生态学研究建立以来，人们就开始研究附生植物与树木之间的关系，但解释这些关联的因素仍不甚明了。附生植物在树种间的分布通常是非随机的，即它们对某些树种有偏好，而对其他树种则没有偏好（Wagner等人，2015年；Rasmussen和Rasmussen，2018年）。虽然这些寄主偏好的很大一部分可以由结构因素解释（例如树种的大小、数量和寿命；Wagner等人，2015年；Wagner和Zotz，2020年），但在某些附生植物中，真正的寄主偏好也可能受到生物和/或非生物因素的影响。除了非生物因素（如树皮化学成分或结构）外，生物相互作用也被认为是导致附生植物在树种间不均匀分布的原因之一（例如Chathurika Harshani等人，2014年）。在这些相互作用中，内生真菌和菌根真菌在附生兰花中可能扮演着特别重要的角色（Pecoraro等人，2021年）。
附生植物中多样性最高的是兰花，它们占了维管附生植物的70-80%。附生兰花主要与属于担子菌门多系统科的菌根真菌相关，如Cantharellales目中的Tulasnellaceae科和Ceratobasidiaceae科，以及Sebacinales目中的Serendipitaceae科（Dearnaley等人，2012年；Weiβ等人，2016年；Cevallos等人，2017年）。此外，Atractiellales目中的真菌也经常出现在附生兰花的根系中，尤其是在新热带地区（Herrera等人，2019年；Fernández等人，2023年）。与大多数植物不同，兰花的菌根真菌在其整个生命周期中都是必需的（Dearnaley等人，2012年）。在附生兰花中，这些真菌被认为以腐生方式生活在树皮上，并通过为微小的种子提供养分来促进其萌发。然而，它们对兰花种子萌发的重要性仍有争议，需要进一步研究。在种子发育成原球茎、幼苗再到成株的过程中，菌根伙伴可能会发生变化或保持不变，这取决于兰花的具体种类（Ventre-Lespiaucq等人，2021年；Fernández等人，2023年）。在幼苗和成株阶段，菌根真菌会同时定殖于附生兰花的根系和周围树皮（Petrolli等人，2021年），这可能有助于提高宿主的营养状况。
与其他菌根植物（尤其是丛枝菌根植物）相比，兰花倾向于与有限的几种菌根伙伴相互作用（P?lme等人，2018年；Li等人，2021年）。由于兰花的萌发和生长依赖于环境中一种或几种真菌的存在，因此有人假设兼容的菌根真菌的分布可能会限制兰花的分布（McCormick和Jacquemyn，2014年；Kaur等人，2019年）。尽管自21世纪末以来已有研究在土壤中探讨了这一现象（Swarts等人，2010年），但直到最近才有研究开始质疑菌根真菌在限制附生兰花选择特定树种方面的作用（Pecoraro等人，2021年；Johnson等人，2023年；Zhao等人，2024年）。一项初步研究表明，两种附生兰花的根系相关真菌与其宿主树种的树皮真菌群落之间存在关联（Pecoraro等人，2021年）。然而，导致种子萌发的具体真菌尚未确定，因此这一机制仍不完全清楚。最近，Zhao等人（2024年）发现，Dendrobium wangliangii在少数树种上的分布并不能简单地用其在中国普遍存在的真菌伙伴来解释，Johnson等人（2023年）在Dendrophylax lindenii上的研究也得出了类似结论。尽管现有研究存在局限性，但关于菌根真菌在附生兰花寄主偏好中的作用仍存在矛盾的结果。这可能是由于缺乏对寄主偏好的量化研究，或是其他因素共同作用的结果。
在印度洋留尼汪岛的热带低地雨林中，附生兰花Bulbophyllum variegatum几乎只生长在一种树种——杜鹃花科的Agarista salicifolia上。然而，这种明显的寄主偏好仍需通过统计方法进行验证或解释。在这项研究中，我们首先在留尼汪岛的一个1公顷森林地块进行了附生植物与树木的相互作用调查，并通过统计方法验证了以下假设：（i）Bulbophyllum variegatum对A. salicifolia有强烈的寄主偏好；（ii）A. salicifolia与其他树种相比具有独特的菌根和非菌根树皮真菌群落，这可能解释了兰花的寄主偏好。
研究物种
Bulbophyllum variegatum是一种大型附生兰花，具有合轴生长特性，分布于印度洋留尼汪岛的低地热带雨林中。该物种在马达加斯加较为罕见（Fischer等人，2007年），但在留尼汪岛上却形成了大量的种群，几乎只生长在一种本地树种——杜鹃花科的Agarista salicifolia（Lam.）上（以下简称目标物种）。
附生植物与树木的相互作用
在研究地块中，每种兰花在特定树种上的个体比例从0%到42%不等（以个体百分比计），Bulbophyllum variegatum的91%个体生长在Agarista salicifolia上（图2A）。排列零模型分析显示，8.9%和8.4%的附生植物与树木的相互作用分别比随机情况更显著或更不显著（图S3C），其中B. variegatum与A. salicifolia的相互作用尤为显著。
附生兰花的寄主偏好
与大多数附生植物一样，兰花通常会在多种树种上生长（Zotz，2016年）。根据这一普遍趋势，我们发现这里研究的十种附生兰花在留尼汪岛的低地雨林栖息地中确实生长在多种树种上。然而，统计分析显示，大多数兰花在研究中的1公顷森林地块内表现出非随机的分布模式。
结论
附生植物的寄主偏好一直存在争议，其原因在大多数情况下仍不清楚（Wagner等人，2015年）。在本研究中，我们证明了附生兰花B. variegatum对其宿主树A. salicifolia有强烈的偏好，并检测了这种树皮上是否存在特定的菌根菌群。我们的结果表明，与兰花幼期发育阶段相关的菌根伙伴仅限于与其兼容的宿主树种。
作者贡献声明
雷米·佩特罗利（Rémi Petrolli）：撰写初稿、数据可视化、实验设计、数据分析、概念构建。罗莎·凯默林（Rosa Kemmerling）：撰写、审稿与编辑、数据分析。杰罗米娜·科洛贝尔（Géromine Collobert）：撰写、审稿与编辑、实验设计、数据分析。伊芙·赫莱金（Eve Hellequin）：撰写、审稿与编辑、数据分析。托尼·罗比内（Tony Robinet）：撰写、审稿与编辑、数据分析。尼尔·兰开斯特（Neil Lancaster）：撰写、审稿与编辑、实验设计、数据分析。
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。
致谢
FM感谢法国国家研究署（ANR-19-CE02-0002）的财政支持。在Mare Longue森林区域的采样得到了留尼汪国家公园（DIR-I-2021-093）的许可。我们还要感谢“流式细胞术和QPCR分析平台（MNHN分析平台，UMR7245）”的Soraya Chaouch提供的帮助，以及Véronique Lavergne在野外工作中的协助。同时感谢留尼汪宇宙科学观测站（OSU-R）的支持。
