2016-09-12
派森诺生物与上海交通大学农业与生物学院、复旦大学生态与进化生物学系共同合作，在《BMC Microbiology》上发表论文，对天然冬虫夏草的内生菌群及其关联微环境进行了系统研究。
研究背景：
Ophiocordyceps sinensis （中文名叫冬虫夏草，DCXC），是一种由寄生真菌和虫共同构成的复合体，它具有地域偏好性，主要分布于西藏及周边省份的藏族自治区。作为一种传统名贵中药，从天然虫草中提取的生物活性成分具有广泛的药理作用，比如抗炎症、抗氧化、抗癌、较低血糖、抗细胞凋亡、免疫调节以及保肝保肾。由于天然虫草的超高药用价值，导致它被过度开采，濒临灭绝。在过去数十年里，科学家们致力于天然虫草内源真菌的分离鉴定，但仅通过传统分离培养的方法分析过有限数量的虫草个体。随着高通量测序技术的飞速发展普及，全面研究天然虫草的菌群组成、结构和功能活性迫在眉睫。
研究目的：
本研究对天然虫草进行分子普查，揭示其群落的组成、结构和功能活性，为天然虫草的遗传多样性及功能探究奠定基础，并为保护稀有的天然虫草提供可持续发展的生物技术模型。
研究方法：
本研究从3个取样位点分别采集5—10个天然虫草，获得子座（Stroma）和菌核（Sclerotia）两个内生菌群样本，以及外部皮层菌丝体（External mycelial cortices）和周边土壤（Soil）两个关联微环境样本，通过Roche 454 FLX+焦磷酸测序技术，分别对细菌16S rRNA基因的V1-V3可变区和真菌的ITS区序列进行测序分析。
图1 天然虫草样本采集信息
分析内容与结果说明：
1.虫草内生菌群和关联微环境的多样性比较
在本研究中，通过对16S rRNA基因和ITS区的焦磷酸高通量测序，总获得44,588条细菌16S rRNA V1-V3可变区序列和51,584条真菌ITS区序列，在97%的序列相似度下，分别归并得到14,975和9427个OTU。有意思的是，外部皮层菌丝体和周边土壤两个微环境中的微生物多样性，远远高于虫草自身（子座和菌核）的多样性。
表1 天然虫草内生菌群和关联微环境的多样性统计表
2.菌群类型不同，组成结构大相庭径
将细菌和真菌群落分别与SILVA和UNITE数据库进行比对发现，在门水平的细菌群落中，Proteobacteria是最优势群落，在子座、菌核、外部皮层菌丝体和周边土壤中，分别占68.4%、49.5%、38.9%和35.6%；真菌群落中，Ascomycota最为优势，在上述四个菌群中，分别占21.0%、45.6%、26.4%和59.3%。 在属水平的细菌群落中，Pseudomonas（9.24%）和Rhodoferax（9.11%）在菌核中最为优势，Pedobacter (8.05%)和Rhodoferax (6.91%)的丰度在子座中占据前两位，而外部皮层菌丝体中丰度最高的是Thermomonas (3.43%)和Gemmatimonas (2.13%)，周边土壤样本中丰度最高的是Ferruginibacter (3.07%)和Gemmatimonas (2.22%)。
真菌群落中，Entoloma在菌核（2.62%）和外部皮层菌丝体（3.47%）中最为优势。在子座中，Exophiala (2.90%)、Cladophialophora (1.77%)和Phaeomollisia (1.45%)最为优势，而在土壤中，Cladophialophora (3.30%)和Verrucaria (3.10%)的丰度高居前两位。
图2 四个类型的细菌和真菌菌群在门水平的组成
3.不同类型群落间的相似性
通过PCoA主坐标分析进一步发现，周边土壤和外部皮层菌丝体中的细菌群落更为相似，并与子座和菌核群落差异明显。对于真菌群落而言，菌核和外部皮层菌丝体之间的菌群结构则更为相似。
图3 细菌与真菌群落的主坐标分析（PCoA）
4.样品中细菌与真菌总丰度的定量验证
最后，研究人员通过荧光定量PCR的方法，比较了不同菌群类型中细菌和真菌群落总量的高低。T检验表明，真菌群落的总量显著高于细菌群落（P<0.05），同时，土壤群落中细菌和真菌的总量均显著高于其它类型的菌群（P<0.05）。
图4 不同类型的菌群中细菌和真菌总量的比较分析
研究结论：
本研究通过454焦磷酸高通量测序的方法，对天然虫草内生菌群及其关联微生境的微生物组成结构和多样性进行了全面系统的研究，从而揭示了天然虫草不同类型菌群中的本质差异，并为从微生态学角度解释天然虫草的具有超高药用价值提供了依据。也为自然界中具有生物活性和潜在药用价值的其它天然物质提供了应用新思路。
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
