科研進(jìn)展
高原藥用資源生態(tài)保護(hù)與繁育學(xué)科團(tuán)組在藏藥山莨菪根系相關(guān)微生物與莨菪烷類生物堿積累的相關(guān)性方面取得新進(jìn)展
山莨菪(Anisodus tanguticus (Maxim.) Pascher),為茄科山莨菪屬的多年生草本植物,分布于中國青海、甘肅、西藏、云南等地。藏醫(yī)常以山莨菪種子和根入藥,其根藏藥名為“唐沖那?!被颉疤茮_納波”,具有麻醉鎮(zhèn)痛、殺蟲、鎮(zhèn)驚、解毒作用,主要用于治療病毒惡瘡、蟲病、皮膚炭疽病及癲狂等癥。其有效成分主要是莨菪烷類生物堿,如山莨菪堿、東莨菪堿、阿托品、樟柳堿、紅古豆堿等,解析莨菪烷類生物堿的合成機制對于通過調(diào)控莨菪烷類生物堿的生物合成,提高山莨菪品質(zhì)具有重要意義。植物與細(xì)菌和真菌等微生物因子在進(jìn)化中的相互作用被認(rèn)為是莨菪烷類生物堿生物合成途徑演化的重要驅(qū)動力,但目前對于山莨菪植物微生物組與莨菪烷類生物堿積累之間的關(guān)系知之甚少。
中國科學(xué)院西北高原生物研究所高原藥用資源生態(tài)保護(hù)與繁育學(xué)科團(tuán)組通過16S和ITS高通量擴(kuò)增子序列測定了山莨菪根際土壤和根中的細(xì)菌和真菌群落的組成。方差分解結(jié)果表明,根內(nèi)生菌單獨解釋了莨菪烷類生物堿14%的變異,是最大的貢獻(xiàn)者,其次土壤性質(zhì)單獨解釋了5%的變化,氣候變量解釋了1%的變化。其中,內(nèi)生真菌解釋了11%,而細(xì)菌僅解釋了5%。隨機森林和Mantel檢驗表明,不同區(qū)域富集的內(nèi)生真菌對莨菪烷類生物堿積累的影響大于整個內(nèi)生真菌。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)山莨菪根選擇性地招募了一個核心細(xì)菌群落,通過條件篩選,獲得102個根核心細(xì)菌OTUs,雖然數(shù)量只占總數(shù)的2.99%,但相對豐度卻占總數(shù)的73%。Spearman相關(guān)分析和隨機森林分析表明,山莨菪根核心細(xì)菌組成和多樣性與山莨菪根樟柳堿含量、地上生物量和氮含量顯著相關(guān)。其中,Rhizobacter、Variovorax、Polaromona、Polaromonas 和 Mycobacterium 等在根中顯著富集的細(xì)菌類群起主要作用。FAPROTAX功能預(yù)測表明,氮循環(huán)細(xì)菌和病原菌與樟柳堿含量、地上生物量和氮含量密切相關(guān)。該研究揭示了山莨菪根部莨菪烷類生物堿與細(xì)菌和真菌中部分類群之間的強烈關(guān)聯(lián),鑒定了對特定莨菪烷類生物堿累積具有重要作用的關(guān)鍵微生物類群。
研究結(jié)果以 A core root bacteria contribute to plant growth and anisodine accumulation of Anisodus tanguticus 為題發(fā)表在BMC Plant Biology(中國科學(xué)院2區(qū)期刊,2023年影響因子/JCR分區(qū):5.3/Q1)和以 Geographically associated endophytic fungi contribute to the tropane alkaloids accumulation of Anisodus tanguticus 為題發(fā)表在 Frontiers in Plant Science(中國科學(xué)院2區(qū)TOP期刊,2023年影響因子/JCR分區(qū):5.6/Q1)上。博士研究生王博為論文第1作者,周國英研究員為通訊作者。該研究得到青海省重大科技專項課題(2023-SF-A5)、中國科學(xué)院-青海省國家公園聯(lián)合專項(LHZX-2020-09)、2021年第二批中央林業(yè)改革發(fā)展基金(QHGX-2022-031-01)等資助。
論文鏈接:https://doi.org/10.1186/s12870-023-04690-1
論文鏈接:https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1297546

環(huán)境因子對山莨菪根部莨菪烷類生物堿含量的影響。(A) 利用edgeR分析鑒定不同區(qū)域差異OTUs;(B) 基于隨機森林分析的環(huán)境因子對莨菪烷類生物堿含量的影響;(C) 方差分解探究氣候因子、土壤因子和微生物對莨菪烷類生物堿變異的貢獻(xiàn);(D)橫斷山-祁連山區(qū)域富集的內(nèi)生真菌與莨菪烷類生物堿含量的回歸分析;(E)橫斷山-喜馬拉雅山區(qū)域富集的內(nèi)生真菌與莨菪烷類生物堿含量的回歸分析

(a) 細(xì)菌主要屬與莨菪烷類生物堿含量、地上生物量和氮含量之間的相關(guān)性分析; (b) 基于隨機森林分析的影響樟柳堿含量、地上生物量和氮含量的屬排名




