《Fungal Ecology》：The distribution of mycorrhizal fungi on tree barks correlates with the host preference of the tropical epiphytic orchid
Bulbophyllum variegatum on La Réunion island
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本研究發現留尼汪島附生蘭Bulbophyllum variegatum強烈偏好宿主樹Agarista salicifolia，并揭示該樹種的樹皮共生真菌（含Tulasnellaceae）與蘭花根部真菌群落的特異性關聯，可能影響蘭花種子萌發及共生模式。
雷米·佩特羅利（Rémi Petrolli）| 羅莎·凱默林（Rosa Kemmerling）| 杰羅米娜·科洛貝爾（Géromine Collobert）| 伊芙·赫萊金（Eve Hellequin）| 托尼·羅比內（Tony Robinet）| 尼爾·蘭開斯特（Neil Lancaster）| 大衛·L·羅伯茨（David L. Roberts）| 蒂埃里·帕耶（Thierry Pailler）| 克勞丁·阿彭（Claudine Ah-Peng）| 馬克-安德烈·塞洛斯（Marc-André Selosse）| 弗洛朗·馬托斯（Florent Martos）
系統學、進化與生物多樣性研究所（ISYEB），法國國家自然歷史博物館，法國國家科學研究中心（CNRS），索邦大學，巴黎政治學院（EPHE-PSL），安的列斯大學，郵政信箱39號，庫維埃街57號，75005，巴黎，法國
摘要
雖然熱帶附生植物的寄主偏好主要受樹木數量和大小的影響，但菌根真菌在樹種間的分布可能會影響蘭花的寄主偏好。在這里，我們研究了留尼汪島一個1公頃森林地塊中十種附生蘭花的寄主偏好，發現Bulbophyllum variegatum具有明顯的寄主選擇性。通過使用Illumina測序技術對真菌的ITS-2條形碼進行分析，我們識別出了真菌群落，包括與B. variegatum及其宿主樹種樹皮和根系相關的菌根Tulasnellaceae科真菌。不同樹種的樹皮真菌和菌根群落存在差異，其中某些真菌種類僅存在于B. variegatum的寄主體內。研究發現，三種真菌（一種屬于Serendipitaceae科，兩種屬于Tulasnellaceae科）在蘭花生命周期的不同階段都參與了菌根形成。我們的結果表明，菌根真菌在樹皮間的不均勻分布可能會影響附生蘭花的寄主偏好，這一假設需要進一步通過實驗驗證。
引言
植物群落的形成受到生物和非生物因素復雜相互作用的影響。生物相互作用在構建這些群落中起著主導作用（Wisz等人，2013年；Chomicki等人，2019年；García-Girón等人，2020年），尤其是在熱帶地區（Callaway等人，2002年；Schemske等人，2009年；Chomicki等人，2019年）。在熱帶雨林中，最顯著的相互作用之一是那些不扎根于土壤、而是附著在樹干或樹枝上的附生植物（Zotz，2016年）。事實上，附生植物是熱帶雨林的重要組成部分，大約10%的維管植物屬于附生植物（Zotz，2013年）。
自熱帶森林生態學研究建立以來，人們就開始研究附生植物與樹木之間的關系，但解釋這些關聯的因素仍不甚明了。附生植物在樹種間的分布通常是非隨機的，即它們對某些樹種有偏好，而對其他樹種則沒有偏好（Wagner等人，2015年；Rasmussen和Rasmussen，2018年）。雖然這些寄主偏好的很大一部分可以由結構因素解釋（例如樹種的大小、數量和壽命；Wagner等人，2015年；Wagner和Zotz，2020年），但在某些附生植物中，真正的寄主偏好也可能受到生物和/或非生物因素的影響。除了非生物因素（如樹皮化學成分或結構）外，生物相互作用也被認為是導致附生植物在樹種間不均勻分布的原因之一（例如Chathurika Harshani等人，2014年）。在這些相互作用中，內生真菌和菌根真菌在附生蘭花中可能扮演著特別重要的角色（Pecoraro等人，2021年）。
附生植物中多樣性最高的是蘭花，它們占了維管附生植物的70-80%。附生蘭花主要與屬于擔子菌門多系統科的菌根真菌相關，如Cantharellales目中的Tulasnellaceae科和Ceratobasidiaceae科，以及Sebacinales目中的Serendipitaceae科（Dearnaley等人，2012年；Weiβ等人，2016年；Cevallos等人，2017年）。此外，Atractiellales目中的真菌也經常出現在附生蘭花的根系中，尤其是在新熱帶地區（Herrera等人，2019年；Fernández等人，2023年）。與大多數植物不同，蘭花的菌根真菌在其整個生命周期中都是必需的（Dearnaley等人，2012年）。在附生蘭花中，這些真菌被認為以腐生方式生活在樹皮上，并通過為微小的種子提供養分來促進其萌發。然而，它們對蘭花種子萌發的重要性仍有爭議，需要進一步研究。在種子發育成原球莖、幼苗再到成株的過程中，菌根伙伴可能會發生變化或保持不變，這取決于蘭花的具體種類（Ventre-Lespiaucq等人，2021年；Fernández等人，2023年）。在幼苗和成株階段，菌根真菌會同時定殖于附生蘭花的根系和周圍樹皮（Petrolli等人，2021年），這可能有助于提高宿主的營養狀況。
與其他菌根植物（尤其是叢枝菌根植物）相比，蘭花傾向于與有限的幾種菌根伙伴相互作用（P?lme等人，2018年；Li等人，2021年）。由于蘭花的萌發和生長依賴于環境中一種或幾種真菌的存在，因此有人假設兼容的菌根真菌的分布可能會限制蘭花的分布（McCormick和Jacquemyn，2014年；Kaur等人，2019年）。盡管自21世紀末以來已有研究在土壤中探討了這一現象（Swarts等人，2010年），但直到最近才有研究開始質疑菌根真菌在限制附生蘭花選擇特定樹種方面的作用（Pecoraro等人，2021年；Johnson等人，2023年；Zhao等人，2024年）。一項初步研究表明，兩種附生蘭花的根系相關真菌與其宿主樹種的樹皮真菌群落之間存在關聯（Pecoraro等人，2021年）。然而，導致種子萌發的具體真菌尚未確定，因此這一機制仍不完全清楚。最近，Zhao等人（2024年）發現，Dendrobium wangliangii在少數樹種上的分布并不能簡單地用其在中國普遍存在的真菌伙伴來解釋，Johnson等人（2023年）在Dendrophylax lindenii上的研究也得出了類似結論。盡管現有研究存在局限性，但關于菌根真菌在附生蘭花寄主偏好中的作用仍存在矛盾的結果。這可能是由于缺乏對寄主偏好的量化研究，或是其他因素共同作用的結果。
在印度洋留尼汪島的熱帶低地雨林中，附生蘭花Bulbophyllum variegatum幾乎只生長在一種樹種——杜鵑花科的Agarista salicifolia上。然而，這種明顯的寄主偏好仍需通過統計方法進行驗證或解釋。在這項研究中，我們首先在留尼汪島的一個1公頃森林地塊進行了附生植物與樹木的相互作用調查，并通過統計方法驗證了以下假設：（i）Bulbophyllum variegatum對A. salicifolia有強烈的寄主偏好；（ii）A. salicifolia與其他樹種相比具有獨特的菌根和非菌根樹皮真菌群落，這可能解釋了蘭花的寄主偏好。
研究物種
Bulbophyllum variegatum是一種大型附生蘭花，具有合軸生長特性，分布于印度洋留尼汪島的低地熱帶雨林中。該物種在馬達加斯加較為罕見（Fischer等人，2007年），但在留尼汪島上卻形成了大量的種群，幾乎只生長在一種本地樹種——杜鵑花科的Agarista salicifolia（Lam.）上（以下簡稱目標物種）。
附生植物與樹木的相互作用
在研究地塊中，每種蘭花在特定樹種上的個體比例從0%到42%不等（以個體百分比計），Bulbophyllum variegatum的91%個體生長在Agarista salicifolia上（圖2A）。排列零模型分析顯示，8.9%和8.4%的附生植物與樹木的相互作用分別比隨機情況更顯著或更不顯著（圖S3C），其中B. variegatum與A. salicifolia的相互作用尤為顯著。
附生蘭花的寄主偏好
與大多數附生植物一樣，蘭花通常會在多種樹種上生長（Zotz，2016年）。根據這一普遍趨勢，我們發現這里研究的十種附生蘭花在留尼汪島的低地雨林棲息地中確實生長在多種樹種上。然而，統計分析顯示，大多數蘭花在研究中的1公頃森林地塊內表現出非隨機的分布模式。
結論
附生植物的寄主偏好一直存在爭議，其原因在大多數情況下仍不清楚（Wagner等人，2015年）。在本研究中，我們證明了附生蘭花B. variegatum對其宿主樹A. salicifolia有強烈的偏好，并檢測了這種樹皮上是否存在特定的菌根菌群。我們的結果表明，與蘭花幼期發育階段相關的菌根伙伴僅限于與其兼容的宿主樹種。
作者貢獻聲明
雷米·佩特羅利（Rémi Petrolli）：撰寫初稿、數據可視化、實驗設計、數據分析、概念構建。羅莎·凱默林（Rosa Kemmerling）：撰寫、審稿與編輯、數據分析。杰羅米娜·科洛貝爾（Géromine Collobert）：撰寫、審稿與編輯、實驗設計、數據分析。伊芙·赫萊金（Eve Hellequin）：撰寫、審稿與編輯、數據分析。托尼·羅比內（Tony Robinet）：撰寫、審稿與編輯、數據分析。尼爾·蘭開斯特（Neil Lancaster）：撰寫、審稿與編輯、實驗設計、數據分析。
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。
致謝
FM感謝法國國家研究署（ANR-19-CE02-0002）的財政支持。在Mare Longue森林區域的采樣得到了留尼汪國家公園（DIR-I-2021-093）的許可。我們還要感謝“流式細胞術和QPCR分析平臺（MNHN分析平臺，UMR7245）”的Soraya Chaouch提供的幫助，以及Véronique Lavergne在野外工作中的協助。同時感謝留尼汪宇宙科學觀測站（OSU-R）的支持。
