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一棵普通的树木内部看似贫瘠无物，但实际上它却是生命多样性极其丰富的地方。根据迄今为止最全面的一项调查，平均一棵树的树干内居住着超过一万亿种真菌、细菌和其他微生物，它们构成了针对不同树种特化的独特群落。其中一些微生物可能是潜在的益生菌候选者，可以用来抵御或杀死病原体。2024年7月18日，国际顶级学术期刊Science以More than 1 trillion microbes live inside the average tree trunk为题对此项研究进行了报道，这项发布在bioRxiv上的题为A diverse and distinct microbiome inside living trees的研究可能会引导出新的方法来保护全球易受威胁的树木。![]()
微生物是植物生命的重要组成部分。例如，土壤中的真菌帮助根系获取水分和营养，而叶子表面的有益细菌和真菌则能防止有害真菌或细菌的侵染。然而，对于生活在健康木质内的微生物知之甚少，而木质部分构成了巨大的生物量。据估计，地球上大约10万亿棵树包含450吉吨的碳，这个数字远远超过了动物体内所含的2吉吨。![]()
五颜六色的真菌可能是病害的征兆。但即使是健康的树木，其木材内部也生活着多种微生物。
因此，在这项新研究中，耶鲁大学博士研究生Jonathan Gewirtzman与另一位专攻分子生物学的耶鲁大学博士研究生Wyatt Arnold合作。他们前往康涅狄格州的一个研究森林，对包括橡树、枫树和松树在内的15种常见树种进行了研究。他们从158棵树的树干中取出了比铅笔还要细的木芯样本，并从每棵树周围采集了土壤样本。提取出木芯和土壤中的DNA后，他们将遗传物质送往实验室进行关键标记基因16S和ITS的测序。然后，将这些数据与已知微生物类型序列进行了匹配。为了大致估算一棵典型树木内部的原核微生物，即细菌和古菌的数量（虽然它们看起来相似但具有不同的进化历史），科研人员首先测量了每克木芯样本中的微生物丰度。他们将这一数值乘以一棵重五吨的树木的重量，从而得出了一万亿个原核生物的数量。这还不包括真核生物真菌，因为从遗传数据中无法可靠地计算其数量。这个数字听起来很大，但人类消化道中的原核细胞数量却是树干中的约38倍。![]()
黑栎（Quercus velutina）原核微生物组概览
正如不同的动物依据其食物拥有各自独特的微生物组一样，这15种树种在其木质部分也有着独特的微生物群落。例如，枫树中有更多能够消化糖分的专家级微生物，这些微生物可能依赖于制作枫糖浆的甜汁液。而像东部铁杉这样抗腐烂的树种，其内部的微生物数量最少。在整个森林中也存在着一个普遍模式。无论树种如何，微生物群落似乎都针对不同的组织结构进行了特化。密集的心材，其氧气含量通常低于周围的边材，含有更多的甲烷产生菌；而边材则有适应高氧浓度环境的细菌。这种模式之前已经在单一树种的研究中被识别出来。但由于这项新研究将分析扩展到了15种常见树种，它开始揭示了活树中木质微生物组的一般图景，这是一个显著的进步。 ![]()
黑栎（Quercus velutina）真菌微生物组概览
这项研究提出的问题比它回答的要多。其中一个谜题就是木质微生物的来源。显而易见的来源是土壤，因为它富含细菌、古菌和真菌。但在科研人员研究的一些树种中，木质中微生物多样性的比例与生长土壤中微生物的多样性重叠率低至3%。最终，科研人员可能会找到调整树木微生物组的方法来帮助它们抵御病原体。要做到这一点需要更多了解生活在木质部分的微生物的功能，而这是一项挑战，因为很少有微生物可以在培养皿中生长。这项新研究可以通过回答关于生活在植物中的微生物的两个基本问题来提供帮助：有哪些微生物在那里？它们在做什么？![]()
