高原药用资源生态保护与繁育学科团组在藏药山莨菪根系相关微生物与莨菪烷类生物碱积累的相关性方面取得新进展

山莨菪（Anisodus tanguticus (Maxim.) Pascher），为茄科山莨菪属的多年生草本植物，分布于中国青海、甘肃、西藏、云南等地。藏医常以山莨菪种子和根入药，其根藏药名为“唐冲那保”或“唐冲纳波”，具有麻醉镇痛、杀虫、镇惊、解毒作用，主要用于治疗病毒恶疮、虫病、皮肤炭疽病及癫狂等症。其有效成分主要是莨菪烷类生物碱，如山莨菪碱、东莨菪碱、阿托品、樟柳碱、红古豆碱等，解析莨菪烷类生物碱的合成机制对于通过调控莨菪烷类生物碱的生物合成，提高山莨菪品质具有重要意义。植物与细菌和真菌等微生物因子在进化中的相互作用被认为是莨菪烷类生物碱生物合成途径演化的重要驱动力，但目前对于山莨菪植物微生物组与莨菪烷类生物碱积累之间的关系知之甚少。

中国科学院西北高原生物研究所高原药用资源生态保护与繁育学科团组通过16S和ITS高通量扩增子序列测定了山莨菪根际土壤和根中的细菌和真菌群落的组成。方差分解结果表明，根内生菌单独解释了莨菪烷类生物碱14%的变异，是最大的贡献者，其次土壤性质单独解释了5%的变化，气候变量解释了1%的变化。其中，内生真菌解释了11%，而细菌仅解释了5%。随机森林和Mantel检验表明，不同区域富集的内生真菌对莨菪烷类生物碱积累的影响大于整个内生真菌。进一步发现山莨菪根选择性地招募了一个核心细菌群落，通过条件筛选，获得102个根核心细菌OTUs，虽然数量只占总数的2.99%，但相对丰度却占总数的73%。Spearman相关分析和随机森林分析表明，山莨菪根核心细菌组成和多样性与山莨菪根樟柳碱含量、地上生物量和氮含量显著相关。其中，Rhizobacter、Variovorax、Polaromona、Polaromonas 和 Mycobacterium 等在根中显著富集的细菌类群起主要作用。FAPROTAX功能预测表明，氮循环细菌和病原菌与樟柳碱含量、地上生物量和氮含量密切相关。该研究揭示了山莨菪根部莨菪烷类生物碱与细菌和真菌中部分类群之间的强烈关联，鉴定了对特定莨菪烷类生物碱累积具有重要作用的关键微生物类群。

研究结果以 A core root bacteria contribute to plant growth and anisodine accumulation of Anisodus tanguticus 为题发表在BMC Plant Biology（中国科学院2区期刊，2023年影响因子/JCR分区：5.3/Q1）和以 Geographically associated endophytic fungi contribute to the tropane alkaloids accumulation of Anisodus tanguticus 为题发表在 Frontiers in Plant Science（中国科学院2区TOP期刊，2023年影响因子/JCR分区：5.6/Q1）上。博士研究生王博为论文第1作者，周国英研究员为通讯作者。该研究得到青海省重大科技专项课题（2023-SF-A5）、中国科学院-青海省国家公园联合专项（LHZX-2020-09）、2021年第二批中央林业改革发展基金（QHGX-2022-031-01）等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1186/s12870-023-04690-1

论文链接：https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1297546

环境因子对山莨菪根部莨菪烷类生物碱含量的影响。(A) 利用edgeR分析鉴定不同区域差异OTUs；(B) 基于随机森林分析的环境因子对莨菪烷类生物碱含量的影响；(C) 方差分解探究气候因子、土壤因子和微生物对莨菪烷类生物碱变异的贡献；(D)横断山-祁连山区域富集的内生真菌与莨菪烷类生物碱含量的回归分析；(E)横断山-喜马拉雅山区域富集的内生真菌与莨菪烷类生物碱含量的回归分析

(a) 细菌主要属与莨菪烷类生物碱含量、地上生物量和氮含量之间的相关性分析; (b) 基于随机森林分析的影响樟柳碱含量、地上生物量和氮含量的属排名