金耳和它的伙伴如何共生?
金耳和它的伙伴如何共生?
金耳(JinEr)是全球稀有药食两用大型真菌,分布于亚、欧、北美及大洋洲,其多糖具有抗肿癅、调节代谢等多种生物活性,工业栽培需橙黄网脉菌( Naematelia auran‑tialba )与毛韧革菌(Stereum hirsutum)按特定比例共培养,然而,这些真菌与其相关微生物组之间的相互作用仍知之甚少。
中国科学院昆明植物研究所野生生物种质资源库、云南省真菌多样性与绿色发展重点实验室、云南民族大学民族医药资源化学重点实验室等单位的研究人员在国际期刊《Journal of Fungi》 (Q1,IF:4.0)发表题为《Symbiosis Among Naematelia aurantialba, Stereum hirsutum, and Their Associated Microbiome in the Composition of a Cultivated Mushroom Complex JinEr 》研究性论文。该研究为解析金耳共生机制及优化栽培系统提供了关键依据。
研究表明金耳共生复合体的核心真菌为毛韧革菌和橙黄网脉菌;其中毛韧革菌占真菌生物量约 80%(平均相对丰度 90.43%),橙黄网脉菌占比不足 20%(子实体中 14.39%-27.46%,基质中 < 1%)。意义:毛韧革菌可自主完成生命周期,是基质降解的主要执行者,为橙黄网脉菌提供营养;橙黄网脉菌依赖毛韧革菌生长,二者形成寄生共生关系,共同构成金耳担子果的异质结构。
金耳子实体内的优势内生细菌属为代尔夫特菌(63.51%) 和鞘氨醇单胞菌(21.91%),二者合计占子实体内原核序列的 85.42%。多样性差异:① 子实体的细菌丰富度(Chao1 指数、Observed Species 指数)和多样性(Shannon 指数、Simpson 指数)均显著高于栽培基质(p<0.05);② 子实体中代尔夫特菌的相对丰度显著高于基质(p<0.05),而鞘氨醇单胞菌在二者间无显著差异;③ 子实体边缘细菌多样性高于内部,基质各分区多样性无明显空间变异。
图 1. (A)丰度排名前 10 的内生细菌属相对丰度;(B)丰度排名前 10 的真菌物种相对丰度;(C)排除宿主真菌后,丰度排名前 10 的内生真菌纲相对丰度;(D)金耳栽培系统横截面中橙黄网脉菌(Naematelia aurantialba)与毛韧革菌(Stereum hirsutum)的相对丰度占比。未分类或未鉴定的属(A 图)或物种(B 图)归为 “其他(Others)”。数值为 3 次重复实验的平均值。
图 2. 所有样本的核心细菌组分析。(A)17 个采样分区中核心细菌 ASV 与特有细菌 ASV 的维恩图;(B)核心细菌组 ASV 的相对丰度及分布模式;(C)核心细菌组的分类组成及其在整个数据集中的相对丰度;(D)核心细菌组的 ASV 水平组成,展示丰度最高的核心 ASV。
可培养内生细菌特征:① 数量:共 140 株,分属 3 门(变形菌门占 94.29%)、4 科(肠杆菌科为主)、7 属(沙雷氏菌占 64.29%,为优势属);② 来源:均分离自金耳子实体核心组织。
从 7 个属中选取的 8 株代表性细菌中,7 株与橙黄网脉菌、毛韧革菌均兼容生长(无拮抗作用),仅 1 株肠杆菌科菌株对宿主真菌表现出拮抗活性,表明多数分离细菌与金耳宿主存在共生或共栖关系。
图 3. 担子果中的可培养内生细菌。(A)基于 140 株可培养内生细菌分离株的 16S rDNA 序列构建的系统发育树。分离株聚类为 7 个不同的系统发育类群:拉恩氏菌属(Rahnella)、欧文氏菌属(Ewingella)、链霉菌属(Streptomyces)、沙雷氏菌属(Serratia)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、芽孢杆菌属(Bacillus),以及 1 株未鉴定到属水平的肠杆菌科(Enterobacteriaceae)菌株。(B)从 7 个类群中随机选取代表性菌株构建的邻接法(Neighbor-Joining)系统发育树。(C)代表性细菌菌株与橙黄网脉菌(N. aurantialba)共培养的相互作用评估。纵轴表示橙黄网脉菌的生长情况,横轴为候选代表性细菌菌株。(D)代表性细菌菌株与毛韧革菌(S. hirsutum)的相互作用评估。毛韧革菌接种于无菌培养皿中央,候选代表性细菌沿指定直线接种于侧面。
总结:
该研究明确金耳是由毛韧革菌主导(占真菌生物量约 80%)、橙黄网脉菌寄生的异质共生复合体,且存在宿主特异性的内生微生物群。代尔夫特菌和鞘氨醇单胞菌可能是金耳的稳定内生细菌,在营养供给、生长促进或防御中发挥作用。建立的 140 株可培养细菌库,为筛选有益菌株、优化金耳栽培系统提供了关键资源。该菌种库为后续筛选有益细菌菌株提供了便利,可通过引入共生微生物来改良金耳栽培系统。
文章链接:https://doi.org/10.3390/jof12010041
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