茶树树皮微生物组的共生关系与功能角色：宏基因组学揭示的生态互作与代谢潜能

本研究针对茶树树皮微生物群落组成与功能未知的问题，通过扩增子测序、宏基因组组装和微生物分离技术，揭示了坡向对微生物多样性的主导影响，发现以地衣共生菌为核心的互作网络及乙酸杆菌科(Acetobacteraceae)在碳氮循环中的关键作用，为农业微生物资源利用提供了理论依据。

　　

茶树作为全球重要的经济作物，其树皮长期被视为微生物研究的"盲区"。树皮作为连接地上与地下部分的枢纽，其稳定的微环境为微生物提供了独特栖息地，尤其是百年古茶树上形成的斑块状附生群落，其组成与功能一直未被系统解析。这些附生斑块究竟是病原体、共生体还是某种特殊地衣？它们如何适应不同坡向的环境压力？这些问题对理解茶树生态系统功能至关重要。

为回答这些问题，Lijiao Chen团队选取云南普洱同一茶园中阴坡(TG06)和阳坡(TG11)的两棵百年古茶树，采集51个表型各异的附生斑块样本。通过整合显微观察、扩增子测序(16S rRNA V3-V4区和ITS2区)、宏基因组组装分箱(MAGs)和可培养微生物分离等关键技术，首次系统揭示了茶树树皮的微生物生态特征。

3.1 附生斑块的形态特征与可培养微生物

显微观察发现真菌菌丝(黑色箭头)主要定殖于树皮上层组织，而细菌(红色箭头)和藻类(绿色箭头)分布于下层，形成类似地衣的三层结构。从斑块中分离出20余种可培养微生物，包括拟盘多毛孢属(Pestalotiopsis)等病原真菌，以及芽孢杆菌(Bacillus subtilis)等具有生物防治潜力的菌株。

3.2 微生物群落结构与优势类群

扩增子测序获得2918个真菌ASV和5004个细菌ASV。阳坡样本(TG11)细菌多样性显著高于阴坡(Chao1指数P=0.0417)，而真菌多样性无显著差异。核心微生物群中，乙酸杆菌科(Acetobacteraceae)在阴坡样本占比更高，甲基杆菌科(Methylobacteriaceae)则在阳坡更丰富。

3.3 微生物共现网络特征

阴坡样本的真菌网络复杂度更高(平均连接度33.24 vs 5.65)，以Parmeliaceae等地衣共生菌为枢纽节点。阳坡样本中细菌间负相关性更显著，表明竞争关系更强。跨界互作分析显示，94.9%的微生物关系呈正相关，尤其是α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)与子囊菌门(Dothideomycetes)的协同作用。

3.5 宏基因组功能解析

从13个高质量MAGs(完整度>75%)中鉴定出12个潜在新物种。乙酸杆菌科的MAGs富含ABC转运蛋白(818个基因)和双组分系统(如KdpD/KdpE)，表明其具有感知环境钾离子浓度的能力。这些菌株还携带群体感应(QS)相关基因，可能通过寡肽转运系统调控生物膜形成。

4. 讨论与意义

该研究首次证实坡向是驱动茶树树皮微生物组差异的首要因素。阳坡的强光照和剧烈温差可能通过影响树皮渗出物成分(如淀粉、糖类)，选择性地富集特定细菌群落。研究发现的地衣样共生结构，由真菌、藻类和细菌共同构成，其色素代谢产物可能与斑块颜色分化相关。

尤为重要的是，乙酸杆菌科微生物通过ABC转运体和双组分系统(如ChvG-ChvI)适应树皮特殊环境，其基因组中高丰度的碳水化合物活性酶(GT2、GT4)和氮代谢基因(谷氨酰胺合成酶)提示其在碳氮循环中的关键作用。这些发现为开发基于树皮微生物的农业应用(如生物肥料、病害防控)提供了分子靶点。

未来研究需结合长期环境监测，解析温度、光照等单一因子对微生物群落的调控机制。该成果发表于《Plant Stress》，为多年生植物茎干微生物生态研究树立了新范式。