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为探究芒果和木瓜根际微生物群落及代谢通路差异，研究人员进行 16S 宏基因组测序，发现两者存在显著差异，对农业有重要意义。
在植物的生长过程中，土壤就像是它们的 “营养宝库”，植物从土壤中汲取各种养分，来满足自身生长、开花、结果的需求。同时，植物也会通过自身的代谢活动，影响周围土壤的微生物环境，就如同植物和土壤之间在进行一场悄无声息却又至关重要的 “对话”。然而，不同植物与土壤微生物之间的这种 “对话” 存在差异，其具体情况也尚不明确。
为了深入了解这一现象，来自 Gujarat Technological University（古吉拉特邦技术大学）的研究人员 Bhumi Rajguru、Manju Shri 等人开展了一项关于芒果（Mangifera indica）和木瓜（Carica papaya）根际土壤微生物群落及代谢通路的研究。该研究成果发表在《Discover Plants》杂志上，对于优化农业生产、提升作物产量和质量具有重要意义。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是样本采集，他们从印度古吉拉特邦南部纳夫萨里的农业田地中，采集了芒果和木瓜植株的根际土壤样本以及附近的对照土壤样本，并将样本储存于 -20°C 以待后续分析。接着进行 DNA 提取，利用 DNeasy PowerSoil Pro Kit 试剂盒从土壤样本中提取基因组 DNA 。之后，通过构建文库、质量控制等流程，在 Illumina MiSeq 平台上对样本进行测序。最后，借助 QIIME 2 等生物信息学工具，对测序数据进行处理和分析，以此探究微生物群落的组成、结构和功能。
研究人员对微生物多样性进行了深入分析。他们运用 QIIME 工具处理样本数据，通过计算香农指数（Shanon index）、Chao1 指数、辛普森指数（Simpson index）和费舍尔指数（Fisher index）这四种非参数指数来评估样本的 α 多样性。结果显示，芒果和木瓜根际土壤的细菌群落结构存在差异，且两者根际微生物彼此相似，与对照土壤相比，聚类距离更小。主成分分析（PCA）表明，样本中丰富的主要微生物群落并不属于特定类别，这意味着根际微生物组不仅在块状土壤样本之间存在差异，在根际土壤样本之间也有所不同，而这种差异可能与不同植物的地理气候位置以及芒果和木瓜的基因组成差异有关。
在对宏基因组进行分类分析时，研究人员分别在门和属的水平上进行了研究。在门水平上，芒果和木瓜根际土壤微生物群落共鉴定出 13 个独特的门，其中变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）是两者共有的优势门，但它们在相对丰度上存在明显差异，木瓜根际土壤中变形菌门、放线菌门和厚壁菌门（Firmicutes）的丰度高于芒果，而芒果根际土壤中奇古菌门（Crenarchaeota）的丰度更高。在属水平上，研究发现芒果和木瓜根际土壤微生物组成截然不同。芒果根际的优势属包括诺卡氏菌属（Nocardioides）、链霉菌属（Streptomyces）等，木瓜根际则以诺卡氏菌属、链霉菌属等为主，且木瓜根际诺卡氏菌属和链霉菌属的含量比芒果更高。通过核心微生物组分析还发现，在鉴定出的 22 个属中，有 3 个属仅存在于芒果根际，7 个属仅存在于木瓜根际，8 个属是两者共有的。
研究人员还进行了共关联 / 相关性分析，发现罗思氏菌属（Roseomonas）与多个属呈强负相关，而分枝杆菌属（Mycobacterium）、诺卡氏菌属等多个属之间存在良好的正相关。
在宏基因组功能分析方面，KEGG 注释显示，芒果和木瓜根际土壤在光合作用、氧化磷酸化、异生物质降解和代谢等多种代谢通路中存在显著变化。木瓜根际土壤中光合作用相关通路富集，这表明其光能利用和碳固定效率较高，同时氧化磷酸化通路基因的富集也意味着能量产生增加，这与该样本中较高的微生物多样性相关。而芒果根际土壤中异生物质降解通路更为丰富，例如苯甲酸、苯乙烯、二甲苯和多环芳烃的降解通路，这体现了其独特的微生物代谢活动。此外，研究还发现芒果根际土壤中存在较多参与三羧酸循环（TCA cycle）的苹果酸异构酶（maleate isomerase）以及 II 型聚酮化合物生物合成相关的酶，反映出芒果和木瓜根际在代谢过程和次生代谢产物生产上的差异。
通过主成分分析微生物功能通路，研究人员发现芒果和木瓜根际样本明显聚类，表明两者微生物功能通路存在内在差异，ORNDEG-PWY 和 PWY-7002 等通路是造成这种差异的关键因素，同时还确定了其他一些与微生物功能和植物生理特征相关的潜在关联通路。
综上所述，该研究表明芒果和木瓜根际土壤拥有不同的微生物群落，尽管它们共享一些微生物门，但相对丰度有所不同，这体现了微生物与宿主植物之间关联的特异性。木瓜根际土壤中与光合作用和氧化磷酸化相关的代谢通路富集，表明其能量产生和微生物多样性较高；而芒果根际土壤中与异生物质降解和脂多糖生物合成相关的通路更为丰富，显示出其独特的微生物相互作用和代谢活动。此外，特定酶的存在进一步揭示了两者根际的代谢差异。
这项研究为深入理解植物 - 微生物相互作用提供了重要依据，有助于优化土壤健康管理，提升作物生产力。未来的研究可以进一步聚焦于特定微生物分类群和代谢通路在芒果和木瓜根际的功能，为精准农业干预提供更坚实的理论基础，推动农业可持续发展。<【芒果与木瓜根际土壤微生物群落及代谢通路的差异研究：对植物生长的重要启示】【为探究芒果和木瓜根际微生物群落及代谢通路差异，研究人员进行 16S 宏基因组测序，发现两者存在显著差异，对农业有重要意义。】【芒果 | 木瓜 | 根际土壤 | 微生物群落 | 代谢通路 | 16S 宏基因组测序 | 微生物多样性 | 植物 - 微生物互作 | 氮循环 | 碳循环】【国内】【在神奇的大自然中，植物与土壤的关系就如同亲密无间的伙伴。土壤为植物提供生长所需的各种养分，而植物则通过自身的代谢活动塑造着土壤的 “小世界”—— 微生物群落。然而，不同植物对这个 “小世界” 的影响究竟有何不同呢？这成为了科学家们好奇并想要探索的问题。
为了解开这个谜团，古吉拉特邦技术大学的研究人员 Bhumi Rajguru、Manju Shri 等人开启了对芒果（Mangifera indica）和木瓜（Carica papaya）根际土壤微生物群落及代谢通路的研究之旅。该研究成果发表在《Discover Plants》杂志上，对于推动农业发展具有不可忽视的价值。
研究人员在此次研究中运用了一系列关键技术。样本采集环节，他们选取印度古吉拉特邦南部纳夫萨里农业田地中的芒果和木瓜植株，采集其根际土壤样本以及附近的对照土壤样本，采集后将样本妥善保存于 -20°C。接着，使用 DNeasy PowerSoil Pro Kit 试剂盒进行土壤样本 DNA 提取。之后，构建文库并在 Illumina MiSeq 平台上测序，同时做好质量控制。最后借助 QIIME 2 等生物信息学工具对测序数据进行处理分析，从而探究微生物群落的各项特征。
在微生物多样性分析中，研究人员借助 QIIME 工具处理样本数据，利用香农指数（Shanon index）、Chao1 指数、辛普森指数（Simpson index）和费舍尔指数（Fisher index）评估样本的 α 多样性。结果发现芒果和木瓜根际土壤细菌群落结构存在差异，且两者根际微生物相似性较高，与对照土壤相比聚类距离更小。主成分分析（PCA）表明，样本中的主要微生物群落并不属于特定类别，根际微生物组在不同土壤样本间存在差异，这种差异可能与植物的地理气候位置以及芒果和木瓜的基因组成有关。
宏基因组分类分析时，研究人员分别在门和属水平展开研究。门水平上，芒果和木瓜根际土壤共鉴定出 13 个独特的门，变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）为共有优势门，但相对丰度不同，木瓜根际的变形菌门、放线菌门和厚壁菌门（Firmicutes）丰度更高，芒果根际的奇古菌门（Crenarchaeota）丰度更高。属水平上，芒果和木瓜根际微生物组成差异明显。芒果根际优势属有诺卡氏菌属（Nocardioides）、链霉菌属（Streptomyces）等，木瓜根际以诺卡氏菌属、链霉菌属为主，且木瓜根际诺卡氏菌属和链霉菌属含量高于芒果。核心微生物组分析显示，22 个属中，3 个属仅存于芒果根际，7 个属仅存于木瓜根际，8 个属为两者共有。
共关联 / 相关性分析发现，罗思氏菌属（Roseomonas）与多个属呈强负相关，分枝杆菌属（Mycobacterium）、诺卡氏菌属等多个属之间呈正相关。
宏基因组功能分析中，KEGG 注释表明芒果和木瓜根际土壤在光合作用、氧化磷酸化、异生物质降解和代谢等代谢通路存在显著变化。木瓜根际土壤光合作用相关通路富集，光能利用和碳固定效率高，氧化磷酸化通路基因富集，能量产生增加，与较高的微生物多样性相关。芒果根际土壤异生物质降解通路丰富，如苯甲酸、苯乙烯等降解通路，体现了独特的微生物代谢活动。此外，芒果根际土壤中苹果酸异构酶（参与三羧酸循环，TCA cycle）以及 II 型聚酮化合物生物合成相关酶较多，反映出芒果和木瓜根际在代谢过程和次生代谢产物生产上的差异。
微生物功能通路主成分分析显示，芒果和木瓜根际样本聚类明显，微生物功能通路存在内在差异，ORNDEG-PWY 和 PWY-7002 等通路是造成差异的关键，还确定了其他与微生物功能和植物生理特征相关的潜在关联通路。
总的来说，该研究揭示了芒果和木瓜根际土壤微生物群落不同，虽有共享微生物门但相对丰度不同，体现了微生物与宿主植物关联的特异性。木瓜根际土壤光合作用和氧化磷酸化相关代谢通路富集，能量产生和微生物多样性高；芒果根际土壤异生物质降解和脂多糖生物合成相关通路丰富，有独特的微生物相互作用和代谢活动。特定酶的存在进一步揭示了两者根际的代谢差异。
这项研究为理解植物 - 微生物相互作用提供了重要依据，有助于优化土壤健康管理，提升作物生产力。未来研究可聚焦特定微生物分类群和代谢通路在芒果和木瓜根际的功能，为精准农业干预提供理论基础，推动农业可持续发展。
