2016-09-12
派森諾生物與上海交通大學農業(yè)與生物學院、復旦大學生態(tài)與進化生物學系共同合作，在《BMC Microbiology》上發(fā)表論文，對天然冬蟲夏草的內生菌群及其關聯微環(huán)境進行了系統(tǒng)研究。
研究背景：
Ophiocordyceps sinensis （中文名叫冬蟲夏草，DCXC），是一種由寄生真菌和蟲共同構成的復合體，它具有地域偏好性，主要分布于西藏及周邊省份的藏族自治區(qū)。作為一種傳統(tǒng)名貴中藥，從天然蟲草中提取的生物活性成分具有廣泛的藥理作用，比如抗炎癥、抗氧化、抗癌、較低血糖、抗細胞凋亡、免疫調節(jié)以及保肝保腎。由于天然蟲草的藥用價值，導致它被過度開采，瀕臨滅絕。在過去數十年里，科學家們致力于天然蟲草內源真菌的分離鑒定，但僅通過傳統(tǒng)分離培養(yǎng)的方法分析過有限數量的蟲草個體。隨著高通量測序技術的飛速發(fā)展普及，研究天然蟲草的菌群組成、結構和功能活性迫在眉睫。
研究目的：
本研究對天然蟲草進行分子普查，揭示其群落的組成、結構和功能活性，為天然蟲草的遺傳多樣性及功能探究奠定基礎，并為保護稀有的天然蟲草提供可持續(xù)發(fā)展的生物技術模型。
研究方法：
本研究從3個取樣位點分別采集5—10個天然蟲草，獲得子座（Stroma）和菌核（Sclerotia）兩個內生菌群樣本，以及外部皮層菌絲體（External mycelial cortices）和周邊土壤（Soil）兩個關聯微環(huán)境樣本，通過Roche 454 FLX+焦磷酸測序技術，分別對細菌16S rRNA基因的V1-V3可變區(qū)和真菌的ITS區(qū)序列進行測序分析。
圖1 天然蟲草樣本采集信息
分析內容與結果說明：
1.蟲草內生菌群和關聯微環(huán)境的多樣性比較
在本研究中，通過對16S rRNA基因和ITS區(qū)的焦磷酸高通量測序，總獲得44,588條細菌16S rRNA V1-V3可變區(qū)序列和51,584條真菌ITS區(qū)序列，在97%的序列相似度下，分別歸并得到14,975和9427個OTU。有意思的是，外部皮層菌絲體和周邊土壤兩個微環(huán)境中的微生物多樣性，遠遠高于蟲草自身（子座和菌核）的多樣性。
表1 天然蟲草內生菌群和關聯微環(huán)境的多樣性統(tǒng)計表
2.菌群類型不同，組成結構大相庭徑
將細菌和真菌群落分別與SILVA和UNITE數據庫進行比對發(fā)現，在門水平的細菌群落中，Proteobacteria是優(yōu)勢群落，在子座、菌核、外部皮層菌絲體和周邊土壤中，分別占68.4%、49.5%、38.9%和35.6%；真菌群落中，Ascomycota為優(yōu)勢，在上述四個菌群中，分別占21.0%、45.6%、26.4%和59.3%。 在屬水平的細菌群落中，Pseudomonas（9.24%）和Rhodoferax（9.11%）在菌核中為優(yōu)勢，Pedobacter (8.05%)和Rhodoferax (6.91%)的豐度在子座中占據前兩位，而外部皮層菌絲體中豐度高的是Thermomonas (3.43%)和Gemmatimonas (2.13%)，周邊土壤樣本中豐度高的是Ferruginibacter (3.07%)和Gemmatimonas (2.22%)。
真菌群落中，Entoloma在菌核（2.62%）和外部皮層菌絲體（3.47%）中為優(yōu)勢。在子座中，Exophiala (2.90%)、Cladophialophora (1.77%)和Phaeomollisia (1.45%)為優(yōu)勢，而在土壤中，Cladophialophora (3.30%)和Verrucaria (3.10%)的豐度高居前兩位。
圖2 四個類型的細菌和真菌菌群在門水平的組成
3.不同類型群落間的相似性
通過PCoA主坐標分析進一步發(fā)現，周邊土壤和外部皮層菌絲體中的細菌群落更為相似，并與子座和菌核群落差異明顯。對于真菌群落而言，菌核和外部皮層菌絲體之間的菌群結構則更為相似。
圖3 細菌與真菌群落的主坐標分析（PCoA）
4.樣品中細菌與真菌總豐度的定量驗證
最后，研究人員通過熒光定量PCR的方法，比較了不同菌群類型中細菌和真菌群落總量的高低。T檢驗表明，真菌群落的總量顯著高于細菌群落（P<0.05），同時，土壤群落中細菌和真菌的總量均顯著高于其它類型的菌群（P<0.05）。
圖4 不同類型的菌群中細菌和真菌總量的比較分析
研究結論：
本研究通過454焦磷酸高通量測序的方法，對天然蟲草內生菌群及其關聯微生境的微生物組成結構和多樣性進行了系統(tǒng)的研究，從而揭示了天然蟲草不同類型菌群中的本質差異，并為從微生態(tài)學角度解釋天然蟲草的具有藥用價值提供了依據。也為自然界中具有生物活性和潛在藥用價值的其它天然物質提供了應用新思路。
原文索引：
Fei Xia, Yan Liu, Meng-Yuan Guo, Guang-Rong Shen, Juan Lin2 and Xuan-Wei Zhou. Pyrosequencing analysis revealed complex endogenetic microorganism community from natural DongChong XiaCao and its microhabitat. BMC Microbiology (2016) 16:196;doi10.1186/s12866-016-0813-5
