近日，土壤生态学团队在New Phytologist上发表题为“Evolutionarily conserved core microbiota as an extended trait in nitrogen acquisition strategy of herbaceous species”的研究论文，报道了与植物进化密切关联的核心微生物群作为植物氮获取策略的扩展性状，这也是利用覆盖作物或牧草植物，从功能性状的角度探究植物氮经济系谱与土壤微生物性状联系的初步尝试。

有植物相关微生物群通过促进共生、致病、分解和养分循环等过程，在植物健康和生产力中发挥关键作用。某些微生物类群已与特定植物群建立了共进化关联，例如，根瘤菌与豆科植物、外生菌根真菌与针叶树。同样，“核心微生物群”的概念已被用于描述在各种环境条件下始终与特定宿主密切相关的微生物类群或功能（Lemanceau et al., 2017; Neu et al., 2021）。然而，不同于与特定宿主忠实关联的核心微生物群，对于跨植物系统发育梯度共享的核心微生物群的理解仍然有限。

植物通过在快速资源获取型策略和资源保守型策略之间进行进化权衡以应对自然界普遍的氮限制。由于惰性氮向可利用性氮的转化过程主要由微生物介导，当前的研究已主张将微生物性状纳入植物资源获取框架，扩展传统的植物中心论的资源获取策略观点（Salas-Gonzalez et al., 2021; Fernandez et al., 2022）。与植物进化相关的微生物群可被视为宿主的“功能补充”，由宿主施加的选择压力而得以在进化中保留。从这一角度看，如果核心微生物群的起源可以追溯到植物系统发育树中的深层节点，则该核心微生物群可能具备生命共同体特征（Vandenkoornhuyse et al., 2015; Theis et al., 2016），并对宿主植物的功能具有重要作用。因此，假设跨植物系统发育梯度共享的核心微生物群代表了与植物获取基本资源相关的扩展性状，但当前仍缺乏直接支持这一假设的证据。

图1 核心微生物群与氮循环功能的关联

基于同质园研究途径，田间种植涵盖广泛系统发育梯度和表型差异的11种植物，本研究探讨了植物系统发育梯度中共享的核心微生物群的存在及其功能。通过宏基因组测序进行微生物分类和功能注释、结合植物经济性状和土壤生物化学性质，分析核心微生物群的宿主系统发育保守性、功能潜力及其与植物资源获取策略的关系。结果表明，核心微生物群由278个分类单元组成的，其具备宿主系统发育保守性。核心微生物群富集了多个氮循环基因，主要包括硝化、异化硝酸盐还原和同化硝酸盐还原以及固氮等代谢过程（图1）。重要的是，核心微生物群支持根际氮循环功能潜力，且在植物经济性状空间中与资源获取的“快-慢”经济谱相耦合（图2）。鉴于核心微生物群对氮循环的关键支持，模拟核心类群损失也进一步揭示了核心微生物群在维持根际群落网络稳定性方面的重要性。这些结果为纳入微生物性状扩展植物为中心的资源获取策略的观点提供了证据，也为研究微生物群介导的植物功能提供了启示。

图2 核心微生物群与植物经济谱的关系

土壤生态实验室博士生程赛赛为第一作者，刘满强教授为通讯作者。本实验室陈小云教授、博士生薛文凤和已出站博士后龚鑫，瑞典农业科学大学Paul Kardol教授，西班牙塞维利亚自然资源和农业生物研究所Manuel Delgado-Baquerizo教授，兰州大学草地微生物研究中心凌宁教授共同参与并指导了该项工作。本研究得到国家重点研发计划（2021YFD1700202）和国家自然科学基金（42077047）项目的共同资助。

参考文献：

Fernandez M, Vernay A, Henneron L, Adamik L, Malagoli P, Balandier P. 2022. Plant N economics and the extended phenotype: Integrating the functional traits of plants and associated soil biota into plant‐plant interactions. Journal of Ecology 110: 2015-2032.

Lemanceau P, Blouin M, Muller D, Moenne-Loccoz Y. 2017. Let the core microbiota be functional. Trends in Plant Science 22: 583-595.

Neu AT, Allen EE, Roy K. 2021. Defining and quantifying the core microbiome: Challenges and prospects. Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 118: e2104429118.

Salas-Gonzalez I, Reyt G, Flis P, Custodio V, Gopaulchan D, Bakhoum N, Dew TP, Suresh K, Franke RB, Dangl JL et al. 2021. Coordination between microbiota and root endodermis supports plant mineral nutrient homeostasis. Science 371: eabd0695.

Theis KR, Dheilly NM, Klassen JL, Brucker RM, Baines JF, Bosch TC, Cryan JF, Gilbert SF, Goodnight CJ, Lloyd EA et al. 2016. Getting the hologenome concept right: an eco-evolutionary framework for hosts and their microbiomes. mSystems 1: e00028-16.

Vandenkoornhuyse P, Quaiser A, Duhamel M, Le Van A, Dufresne A. 2015. The importance of the microbiome of the plant holobiont. New Phytologist 206: 1196–1206.

论文链接：https://doi.org/10.1111/nph.20118

编辑：程赛赛 朱梦一

校正：吴 迪

审核：刘满强