烟草是我国的重要经济作物。烟草土传病害青枯病和根腐病在我国烟草主产 区普遍发生，对烟草产业造成了重大的经济损失。土壤微生物与植物相互作用关 系密切，能显著影响植物的生长、发育和健康。植物根际土壤微生物群是土壤微 生物的一个子集，通过生态位点及与宿主的相互作用过滤最后定殖于植物体内。 一系列功能多元化的微生物迁移至植物体内，成为植物内生菌，这些内生菌可能 是根和茎组织的微生物共生体或者病原体。因此，微生物在根围土壤和根系内生 中定殖和迁移，其中土壤病原微生物能介导植物病害的发生。然而，目前很多土 传病害病原菌与土壤及内生微生物之间的互作机制尚不清楚。本研究对烟草青枯 病和根腐病病原菌入侵下的根周边土、根际土、根内生和茎内生微生物群落多样 性、结构、组成、分子生态网络、跨域生态网络和病原菌与其他物种互作关系等 进行系统研究，结果如下：

      1. 利用 16S 高通量测序和分子生态网络方法(MENA)，系统研究了青枯病入 侵过程中植物内生(茎和根)细菌菌群与根围土壤(根际和根周边)细菌菌群中的物 种互作网络。通过对微生物多样性和群落结构组成的分析，发现植物内生细菌菌 群受病原菌入侵的影响会发生显著性改变。根据物种溯源分析(SourceTracker)， 受青枯病原菌感染的植物内生细菌群落组成主要来源于周边土壤，但健康植物中 的内生细菌群落几乎无法从土壤群落中追溯。分子生态网络分析结果表明，受青 枯病原菌感染的植物土壤和内生微生物群落均呈现出拓扑特征结构，并较健康植 物具有更复杂的网络结构和更多的相互作用关系。此外，微生物物种之间的互作 网络结果表明，青枯病原菌 Ralstonia 与受感染植物根内生中的微生物物种 (Delftia, Stenotrophomonas, Bacillus, Clostridium XlVa, Fontibacillus, Acidovorax, Herminiimonas和3个未分类的细菌属)呈正相关互作关系。研究表明， 青枯病原菌在根际和根系内生的入侵可能与通常对植物无害甚至有益的某些功 能细菌密切相关。

      2. 利用 ITS 高通量测序、分子生态网络和跨域生态网络方法(IDEN)，系统 研究了青枯病入侵过程中植物内生(茎和根)真菌菌群与根围土壤(根际和根周边) 真菌群落中物种之间的互作网络及真菌与细菌的跨域互作网络。通过对微生物多 样性和群落结构组成的分析，发现植物茎内生真菌菌群受病原菌入侵的影响发生 III 了显著改变。分子生态网络分析结果表明，受青枯病原菌感染的植物土壤和内生 真菌群落均呈现出拓扑特征结构，并较健康植物具有更复杂的网络结构和更多的 相互作用关系。跨域生态网络分析结果表明，受青枯病原菌感染的植物土壤和内 生中真菌与细菌之间的相互作用较相应健康样本具有更复杂的网络结构和更多 的相互作用关系。利用 Zi-Pi 图来显示基于模块拓扑作用的网络节点 OTUs 分布， 结果表明，发现在感染的根内生和茎内生中青枯病病原菌（Ralstonia）是跨域生 态网路中的核心物种。此外，真菌群落物种与病原菌 Ralstonia 的跨域互作网络 结果表明，青枯病原菌 Ralstonia 与受感染植物根内生中真菌物种 Haematonectria, Cryptococcus, podospora, Phoma, Gibberella, Spodiobolus, Malassezia, Aleuria, Dioszgia, Davidiealla, Alternaria 和茎内生中真菌物种 Gibberella, Didymella， Diaporthe，Phoma 成负相关关系。研究表明，青枯病病原菌入侵烟草后，这些 内生真菌可能在抵御青枯病入侵发生重要作用，它们可能是潜在的烟草青枯病生 防真菌资源。

        3. 利用 ITS 高通量测序和分子生态网络方法，系统研究了根腐病入侵过程 中根围土壤(根际和根周边)与植物内生(茎和根)真菌菌群中的物种互作网络。通 过对微生物多样性和群落结构组成的分析，发现植物根内生菌群受病原菌入侵的 影响发生了显著性变化。分子生态网络分析结果表明，受根腐病病原菌感染的植 物土壤和内生真菌群落较健康植物具有更复杂的网络结构和更多的相互作用关 系。利用 Zi-Pi 图来显示基于模块拓扑作用的网络节点 OTUs 分布，结果表明病 原菌 Fusarium oxysporum f sp psidii 已成功入侵成为感染根内生真菌群落中 的核心物种。另外，根腐病病原菌与根内生中 Haematonectria（Species: Fusarium solani）和 Ceratobasidium（Species:Ceratobasidium sp）物种呈正相关互作关系； 但与 4 个真菌物种呈负相关互作关系，包括 Eupenicillium, Alternaria and 2 个未 分类真菌(OTU211（Order：Helotiales）和 OTU71（unclassified fungus）。这些 与致病菌 Fusarium oxysporum f sp psidii 呈正相关和负相关互作关系的真菌可 能分别在协助和抵御根腐病入侵过程中发挥重要作用。研究表明，在根腐病入侵 植物过程中，植物根内的某些真菌可能通过与病原菌建立互惠互利关系一起在根 内生中定植和/或富集，从而协助根腐病原菌入侵，还有一部分真菌可能与病原 菌产生拮抗关系，抵御病原菌入侵。

      4. 利用 16S 高通量测序、分子生态网络和跨域生态网络方法，系统研究根 腐病入侵过程中植物内生(茎和根)与根围土壤(根际和根周边)细菌群落中的物种 互作网络及真菌与细菌的跨域互作网络。通过对微生物多样性和群落结构组成的 分析，发现植物茎内生细菌菌群受病原菌入侵的影响发生了显著改变。分子生态 网络分析结果表明，受根腐病病原菌感染的植物周边和根际土壤真菌群落较健康 植物具有更复杂的网络结构和更多的相互作用关系。基于模块拓扑作用 OTUs 分布的 Zi-Pi 图显示，根腐病入侵改变了根际土壤和植物内生细菌群落的核心物 种。跨域生态网络分析结果表明，受根腐病病原菌感染的植物根际土壤和内生菌 群中真菌与细菌之间的相互作用较相应健康样本具有更复杂的网络结构和更多 的 相 互 作 用 关 系 。 此 外 ， 细 菌 群 落 物 种 与 根 腐 病 病 原 菌 Fusarium oxysporum f sp psidii 的跨域互作网络结果表明，根内生中细菌物种 Bacillus，Paenibacillus，Lactococcus 和两个未分类细菌（OTU11999 和 OTU730, 均属于 Bacillales 科）和茎内生中细菌物种 Bacillus，Raoultella，Leminorella， Pseudomonas 和 3 个未分类细菌（OTU12058，OTU3 和 OTU11435, 均属于 Enterobacteriaceae 家族）呈负相关关系。这些细菌有可能是对根腐病病原菌具有 拮抗作用的细菌物种资源，具有抵御根腐病入侵的潜在功能。