Microbiome | 奥地利格拉茨工业大学揭示沼泽生境中植物与微生物的密切互作和共同进化！

沼泽生态系统是世界上最古老的植被形式之一。它们在全球碳循环和储存以及淡水来源中发挥着核心作用。由于泥炭藓对酸性、水饱和和营养贫乏的环境具有独特的生化和形态适应能力，这一广泛分布的生态系统通常以泥炭藓为主。作为关键物种，泥炭藓通过阳离子交换引起酸化并形成深层厌氧泥炭层。适应性强的非维管植物（苔藓）和维管植物（禾本科）通常以低丰度共生于泥炭藓层；因此，它们在生长形式和根系结构方面有不同的策略。泥炭藓和其他植物之间的相互作用对于拓扑结构和养分循环的形成很重要，这有助于它们在沼泽生态系统中的生长。沼泽微生物群落对沼泽生态系统的功能、养分循环以及对生物和非生物胁迫的保护起着至关重要的作用（Science | 重磅！植物和微生物的新途径：与共生微生物和病原微生物的相互作用驱动植物进化！Science | 植物与真菌的海誓山盟！研究揭示脂质交换驱动植物陆地化过程中的共生进化！）。以前，已经确定了沼泽植物的核心微生物组，但仍然缺乏有关植物特定分布模式和功能的知识。

2021年8月11日，国际权威学术期刊Microbiome发表了奥地利格拉茨工业大学Gabriele Berg（The ISME Journal | 从植物微生物组中探索原始环境的抗菌素耐药性！Microbiome | 德国慕尼黑亥姆霍兹中心重新定义微生物组：旧概念和新挑战！（附视频））和Tomislav Gernava（Nature Plants | 奥地利格拉茨工业大学与浙江大学揭示种子内生菌影响水稻抗病性！）团队的最新相关研究成果，题为Bog ecosystems as a playground for plant–microbe coevolution: bryophytes and vascular plants harbour functionally adapted bacteria的研究论文。

沼泽是独特的生态系统，栖息着独特的、共同进化的生物体，它们在碳储存、气候稳定、水质和生物多样性方面发挥着全球作用。为了了解沼泽中的生态学和植物-微生物共存，本研究选择了12种具有代表性的苔藓植物和维管植物，并对它们进行了宏基因组测序。科研人员探索了特定的植物-微生物关联以及各自群落对其宿主植物和沼泽生态系统的功能影响。

 微生物群落被证明在功能上适应了它们的植物宿主；发现维管植物具有更高的定植特异性。通常构成沼泽中主要泥炭藓层的苔藓植物具有较高的细菌丰富度和多样性。每个植物组都显示出丰富的不同系统发育和功能细菌谱系。对28个宏基因组组装基因组 (MAG) 代谢潜力的详细分析支持观察到的细菌的功能模式。结果发现沼泽环境中β-变形菌纲和放线菌门的新谱系含有通过RuBisCo固定碳所需的基因。有趣的是，两种植物类型中的几种高度丰富的细菌都具有致病潜力，并携带与相应的人类病原体相似的毒力因子。

植物微生物群落出人意料的高特异性反映了沼泽环境中植物与微生物的密切相互作用和共同进化。本研究假设检测到的致病因素可能参与共同进化过程，但这一发现也加强了天然植物微生物群落作为人类病原体潜在宿主的作用。总体而言，该研究展示了植物-微生物组如何确保沼泽中的稳定性、功能和生态系统健康。它还强调了沼泽生态系统作为植物-微生物共同进化场地的作用。

图1. 苔藓植物或维管植物特有的细菌丰富度、群落聚类、组成和已鉴定的分类群

图2. 沼泽相关微生物组的功能分配、功能群落聚类

图3. 维管植物和苔藓植物氮循环基因谱的聚类

图4. 重建的宏基因组组装基因组 (MAG) 的系统发育树和基于每个MAG的 KEGG Orthology (KO) 计数的聚类

图5. MAG中KEGG Orthology (KO) 的细菌丰度曲线

图6. 沼泽生态系统功能的维管植物和苔藓植物相关的细菌群落示意图

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