文獻精讀｜野生狗尾草葉際微生物組：核心菌株篩選與馴化谷子生物脅迫防控

文獻來源：Harnessing the phyllosphere microbiota of wild foxtail millet for designing beneficial cross-kingdom synthetic communities 期刊：ISME Communications | 發(fā)表時間：2025年5月

 

一、研究背景與意義

研究以中國野生狗尾草起源中心7個地理位點的野生狗尾草為材料，解析其葉際細菌與真菌群落組成，明確微生物組組裝的驅(qū)動因素，篩選與病原菌顯著相關(guān)的核心功能菌株，構(gòu)建跨界合成菌群并驗證其對馴化谷子葉部病害的防控效果，為利用野生作物微生物資源改良馴化作物抗逆性提供理論與技術(shù)支撐。

微基生物可承接同類技術(shù)服務(wù)：提供專業(yè)的樣本采集指導、微生物分離培養(yǎng)、功能菌株篩選及驗證一站式服務(wù)。       咨詢熱線：021-50763698

 

二、樣本來源與處理

樣本類型：野生狗尾草葉片樣本及對應(yīng)土體土樣本；

采集方式：中國野生狗尾草起源中心7個位點，每個位點設(shè)置6個重復樣地（間隔5-10km），每個樣地選取10株抽穗期野生狗尾草，葉片樣品混合為1個重復，共42個葉片樣本、42個土體土樣本，無菌采集后-80℃保存；

前處理：葉片樣本用無菌去離子水輕柔沖洗去除土壤污染，濾紙吸干表面水分；土體土樣本用于理化性質(zhì)分析。

三、實驗設(shè)計思路

一.微生物組解析 高通量測序→群落分析→組裝機制

二：核心類群篩選 核心菌屬鑒定→病原菌相關(guān)性分析

三：菌株分離鑒定 分離培養(yǎng)→純化保藏→物種鑒定

四：SynCom構(gòu)建驗證 合成菌群設(shè)計→體外拮抗→活體驗證

 

1.葉際微生物組測序與分析：細菌16S rRNA基因V5-V7區(qū)、真菌ITS1區(qū)測序；

2.功能菌株分離、鑒定與篩選

菌株分離培養(yǎng)：葉片組織研磨后梯度稀釋，分別涂布于R2A培養(yǎng)基（細菌）、YPD培養(yǎng)基（酵母），25℃培養(yǎng)3-5d，根據(jù)菌落形態(tài)挑取單菌落純化，-80℃保藏；

菌株鑒定：擴增細菌16S rRNA基因、酵母ITS序列，Sanger測序后進行物種注釋；解析菌株種內(nèi)多樣性，去重復后獲得純菌株；

篩選標準：篩選屬于核心微生物類群、且與葉部病原菌（鏈格孢菌等）豐度顯著相關(guān)的菌株，最終選取23株細菌、23株酵母用于合成菌群構(gòu)建。

3.合成菌群（SynComs）構(gòu)建與功能驗證

三種合成菌群設(shè)計：

1）BacSynCom（細菌合成菌群）：16株芽孢桿菌+6株泛菌+1株甲基桿菌

2）YeastSynCom（酵母合成菌群）：13株Filobasidium+8株Vishniacozyma+2株Sporobolomyces

3）BacYeastSynCom（跨界合成菌群）：上述全部46株細菌+酵母混合

功能驗證方法：

1）離體葉片防效：谷子5葉期葉片，傷口接種SynComs→48h后接種鏈格孢菌→7d后測病斑面積

2）體外拮抗：平板對峙法，測定對4種病原菌（2株鏈格孢菌、黑附球菌、稻瘟菌）的菌絲抑制率

四、核心結(jié)果展示

1. 采樣設(shè)計與技術(shù)路線總覽

圖1 采樣流程、菌株分離與功能驗證示意圖

核心結(jié)論：覆蓋中國狗尾草起源中心7個地理位點，共42個葉片樣本；建立「微生物組解析→核心菌株篩選→合成菌群構(gòu)建→功能驗證」完整技術(shù)鏈條；共獲得1953個細菌ASV、474個真菌ASV，測序數(shù)據(jù)量充足。

2. 環(huán)境與宿主遺傳對微生物組的驅(qū)動作用

圖2 7個采樣位點地理分布與宿主遺傳聚類

圖3 環(huán)境因素與宿主遺傳對葉際微生物組的影響

核心結(jié)論：土壤pH對細菌、真菌群落解釋度最高（分別10%、12.6%）；宿主遺傳距離與細菌、真菌群落距離均呈顯著正相關(guān)（Mantel檢驗P<0.01）；地理位點對葉際細菌、真菌群落組成影響極顯著（P<0.001）。

3. 葉際微生物組組裝機制解析

圖4 細菌與真菌群落組裝過程分析

核心結(jié)論：細菌群落以物種分選為主（分選/擴散效應(yīng)比更高），遷移率0.28；真菌群落的擴散限制更明顯，遷移率0.17，生態(tài)位寬度顯著大于細菌；細菌群落組裝主要受均一化選擇、擴散限制驅(qū)動；核心貢獻類群是芽孢桿菌科、假單胞菌科、歐文氏菌科等

4. 核心微生物類群與病原菌相關(guān)性

圖5 核心微生物類群與病原菌相關(guān)性分析

核心結(jié)論：核心細菌類群（7屬）：芽孢桿菌（Bacillus）、泛菌（Pantoea）、甲基桿菌（Methylobacterium）、假單胞菌（Pseudomonas）等；核心真菌類群：3個酵母屬（Vishniacozyma、Filobasidium、Sporobolomyces）+4個病原菌屬；芽孢桿菌、甲基桿菌、Vishniacozyma酵母與鏈格孢菌（Alternaria）豐度呈顯著負相關(guān)

5. 合成菌群防病效果驗證

 

圖6 合成菌群對谷子葉部鏈格孢菌病害的防控效果

核心結(jié)論：3種合成菌群均顯著降低病斑面積：對照0.69cm2→處理后最低0.07cm2；防病效果排序：BacSynCom（0.07cm2）>BacYeastSynCom（0.14cm2）>YeastSynCom（0.20cm2）；芽孢桿菌屬菌株對多種病原菌具有強拮抗作用，體外抑制率最高可達50%以上。

五、研究結(jié)論

本研究系統(tǒng)解析野生狗尾草葉際微生物組，發(fā)現(xiàn)土壤pH與宿主遺傳共同驅(qū)動群落組裝，篩選出與病原菌負相關(guān)的核心菌株，構(gòu)建的跨界合成菌群可顯著抑制谷子葉部病害，其中芽孢桿菌合成菌群防病效果最優(yōu)，為野生微生物資源利用與生物制劑開發(fā)提供技術(shù)支撐。

微基生物可承接的同類技術(shù)服務(wù)項目

服務(wù)項目	服務(wù)內(nèi)容
微生物組高通量測序	葉際/根際/內(nèi)生細菌、真菌、古菌16S/ITS/18S rRNA基因測序，群落組成與多樣性分析
微生物組組裝機制分析	環(huán)境因子關(guān)聯(lián)、宿主遺傳相關(guān)性、生態(tài)位寬度等深度分析
可培養(yǎng)微生物資源挖掘	不同微生境細菌、真菌、酵母分離、純化、保藏，建立菌株資源庫
核心功能菌株定向篩選	生防（拮抗病原菌）、促生、定殖能力等核心菌株篩選與功能驗證
合成菌群（SynComs）構(gòu)建	單一類群/跨界合成菌群設(shè)計、體外拮抗驗證、盆栽/田間活體防效評價
生物制劑開發(fā)支持	防/促生菌劑配方優(yōu)化、穩(wěn)定性測試，支撐成果轉(zhuǎn)化與專利申請

 

自2012，深耕微生物研究  您可靠的科研伙伴 歡迎咨詢合作！咨詢熱線：021-50763698

參考文獻

Xiaoyu Zai, et al. Harnessing the phyllosphere microbiota of wild foxtail millet for designing beneficial cross-kingdom synthetic communities. ISME Communications, 2025, 5(1), ycaf066.