《Applied Soil Ecology》：Compartment-specific assembly and functional characterization of the bacterial microbiome in a
Pinus radiata- Lactarius deliciosus plantation system
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研究揭示美味牛肝菌（Lactarius deliciosus）预接种显著改变松树（Pinus radiata）根内和根际细菌群落结构，尤其是根内菌丛富集叶绿素前体和氨基酸合成能力，并分离出31株多功能内生菌（解磷、合成生长素等），证实其作为菌根辅助菌（MHB）的功能，为优化栽培策略提供依据。
Jing Yuan|Yanliang Wang|Xueqiong Zhang|Zhuyue Yan|Ran Wang|Chengmo Yang|Xinhua He|Jesús Pérez-Moreno|Fuqiang Yu|Yi Zheng
云南农业大学资源与环境学院，昆明，650500，中国
摘要
植物与外生菌根（ECM）真菌之间的共生相互作用对森林生态系统的功能至关重要。食用ECM真菌的栽培通常涉及移植已定植的幼苗，而这种真菌定植对根际和根内细菌群落结构和功能的影响仍知之甚少。本研究旨在通过比较一个成熟种植园中Pinus radiata-Lactarius deliciosus相关四个不同生态位区域内的微生物群落来阐明这些影响：非菌根土壤（RS）、外生菌根土壤（MRS）、非菌根根尖（RT）和外生菌根根尖（MRT）。高通量测序证实L. deliciosus是已定植幼苗根部和根际中的优势真菌，尽管也存在本地土壤真菌。观察到了生态位特异性效应：虽然L. deliciosus的定植并未显著改变根际细菌群落，但它选择了根内的一种独特细菌组合。宏基因组预测表明，MRT和RT中的内生细菌具有相似的代谢潜力，但与土壤群落相比，MRT相关的群落在叶绿素和氨基酸的生物合成途径上更为丰富。基于培养的方法从MRT中分离出了31种内生细菌，这些细菌随后表现出多种促进植物生长的特性，包括磷酸盐溶解、吲哚-3-乙酸的产生以及增强根系发育、植物生长、外生菌根形成和宿主养分吸收的能力。这些发现表明L. deliciosus的定植丰富了特定且功能多样的内生细菌群落。本研究为植物、ECM真菌和细菌之间的三方相互作用提供了新的见解，对改进这种珍贵食用真菌L. deliciosus的栽培策略具有直接意义。
引言
细菌定植植物根部是一种普遍现象，与植物相关的微生物组越来越多地被视为对植物最佳生长、健康和适应性至关重要的扩展遗传库（Fitzpatrick等人，2020年；Turner等人，2013年）。同时，大约60%的陆地树木与外生菌根（ECM）真菌建立了互利共生关系，尤其是在高纬度和高海拔森林中（Steidinger等人，2019年），这些真菌提供了宿主80%的氮（N）和70%的磷（P）需求（van der Heijden等人，2015年）。真菌与细菌之间的相互作用是多种生态系统功能的关键驱动因素（Deveau等人，2018年），并且已知ECM真菌能够调节根际细菌群落的结构（Calvaruso等人，2007年；Wang等人，2021年；Yuan等人，2024年）。植物、ECM真菌及其相关细菌群落之间的互利相互作用通过促进养分吸收和增强对非生物和生物胁迫的抵抗力来提高植物的生存和适应性（Rawat等人，2025年；Williams等人，2024年）。因此，植物、ECM真菌和土壤细菌之间的三方关系引起了大量研究兴趣。
外生菌根是由ECM真菌和宿主植物根系形成的结构，其特征是一层密集的菌丝，称为菌鞘，包裹着根尖。此外，根内菌丝穿透根表皮并在皮层细胞中生长，形成哈蒂格网（Hartig net），而根外菌丝延伸到土壤中，创造出特定的栖息地，如菌根圈和菌丝圈；一些根外菌丝支持子实体的产生（Anderson和Cairney，2007年；Peterson等人，2004年）。这些解剖特征形成了特定的微栖息地，容纳了不同的细菌群落。例如，菌根根尖内的内生细菌受到植物根组织和定植的菌根真菌的选择（Afzal等人，2019年），而菌丝圈细菌群落则受到菌丝分泌物以及相邻土壤的物理和化学性质的影响（Chen等人，2024年）。因此，宿主物种、真菌共生体身份和植物组织类型是相关微生物群落组成的重要决定因素（Arnold等人，2025年；Chen等人，2024年；Rodríguez等人，2025年），导致菌根圈与非菌根土壤、以及子实体与菌丝圈之间的细菌组合存在差异（Huang，2023年；Liu等人，2018年；Vik等人，2013年；Wang等人，2021年）。此外，在自然条件下，这些与菌根相关的细菌群落还受到本地土壤微生物组组成的强烈影响（Vieira等人，2025年）。
与菌根相关的细菌可以执行多种功能，主要包括促进植物生长、增加养分吸收和增强对非生物和生物胁迫的耐受性。一类具有功能特征的系统称为菌根辅助细菌（MHB），可以刺激真菌菌丝生长、减轻土壤植物毒素的影响、促进根系发育、提高菌根形成率（Bending，2007年；Rigamonte等人，2010年；Zhang等人，2024年）并促进子实体的形成（Kataoka等人，2009年）。然而，目前的研究主要集中在与真菌子实体或菌根菌丝相关的细菌群落（菌根圈细菌）及其在菌根建立和宿主植物生长中的作用（Berrios等人，2023年；Frey-Klett等人，2007年；Liu等人，2018年；Poole等人，2001年）。相比之下，很少有研究描述了受ECM真菌影响的其他生态位区域中细菌的多样性和功能潜力，特别是居住在ECM根尖内的内生细菌。
Lactarius deliciosus（L.）Gray是一种珍贵的可食用担子菌，属于Russulaceae科，与Pinaceae、Fagaceae、Salicaceae和Betulaceae科的植物形成共生关系（Nuytinck等人，2007年；Rochet等人，2011年）。其栽培依赖于将已定植的菌根幼苗移植到种植园中，但这一过程面临挑战，包括种植园管理、与本地土壤真菌的生态位竞争以及维持目标菌根关联（Guerin-Laguette，2021年）。一个关键因素是，虽然种植园通常接种一种目标ECM真菌物种，但在自然环境中，根系会被多种真菌共生体定植（Bahram等人，2011年），从而在植物根系、菌根真菌和土壤细菌之间产生复杂的相互作用。目标外生菌根的持续存在是子实体形成和产生的前提（Guerin-Laguette，2021年）。因此，阐明被L. deliciosus定植的种植园中不同生态位（如根际、菌根圈、根尖和菌根根尖）中细菌的群落组成和功能至关重要。
在之前的一项研究中，我们成功地将L. deliciosus与外来物种Pinus radiata共同引入中国西南部的贵州地区，建立了种植园，L. deliciosus与本地ECM真菌（如Suillus属）共存了三年（Wang等人，2022年）。该系统为研究自然条件下的植物-ECM真菌-细菌相互作用提供了理想模型。本研究测试了以下假设：（i）外生菌根真菌Lactarius deliciosus的定植会导致细菌群落结构的生态位特异性变化，其中最显著的变化发生在菌根根尖的内生层而不是周围土壤区域；（ii）从这些外生菌根根尖中分离出的可培养内生细菌中有相当一部分在体外表现出关键的促进植物生长的特性；（iii）其中一部分内生细菌在植物体内作为菌根辅助细菌（MHB），显著增强了外生菌根的定植率、宿主植物生长和养分吸收。
部分摘录
地点描述和采样
土壤和根样本采集自2018年在中国贵州省西丰县建立的Pinus radiata- Lactarius deliciosus种植园（Wang等人，2022年）。该种植园曾是废弃的农田，有五年的灌木和杂草生长历史，距离本地Pinus massoniana森林约1000米。土壤特性如下：pH值为6.30，根据USDA土壤质地三角形分类为粘土质地
Lactarius deliciosus的定植重塑了根和根际微生物群落
通过PCoA分析（ANOSIM：r = 0.62，p = 0.001），非菌根根尖（RS）和菌根根尖（MRS）的根际土壤中的真菌群落以及非菌根根尖（RT）和菌根根尖（MRT）的组织中的真菌群落得到了明确区分。成对PERMANOVA分析也显示不同类型样本之间存在显著差异（表S1）。只有42个（约1%）真菌OTU在所有组中共享（图1a，b）。L. deliciosus是优势真菌
讨论
植物-菌根真菌-微生物组三方系统中的协同作用对陆地生态系统功能至关重要，影响着从单个植物健康到大规模养分循环和土壤碳封存的过程（Deveau等人，2018年；Williams等人，2024年）。然而，外生菌根真菌定植对不同生态位区域细菌群落组装的具体影响，以及ECM相关细菌的功能作用，
结论
我们的研究表明，外生菌根真菌Lactarius deliciosus的定植对Pinus radiata根相关的细菌群落具有生态位特异性影响。主要的结构变化发生在菌根根尖的内生层，那里存在以Bacteroides和Subdoligranulum为主的独特细菌群落。相比之下，周围菌根圈土壤的细菌群落结构没有显著变化
CRediT作者贡献声明
Jing Yuan：撰写——原始草稿、可视化、方法学、数据分析。Yanliang Wang：撰写——审稿与编辑、撰写——原始草稿、可视化、研究、资金获取、概念化。Xueqiong Zhang：可视化、方法学、数据分析。Zhuyue Yan：可视化、方法学、数据分析。Ran Wang：方法学、研究、数据分析。Chengmo Yang：资源、方法学。Xinhua He：撰写——审稿与编辑。Jesús Pérez-Moreno：
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（2024YFF1306703）和云南高层次人才引进计划（YNQR-QNRC-2019-057）对YW的支持，以及云南振兴人才支持计划对JP-M和XH的支持。我们感谢Fei Li博士和Wei Chang博士在植物养分分析方面的帮助。
