基于Illumina MiSeq高通量测序分析玉米种子携带真菌多样性及功能

doi:10.11733/j.issn.1007-0435.2025.12.005

草地学报 ›› 2025, Vol. 33 ›› Issue (12): 3907-3919.DOI: 10.11733/j.issn.1007-0435.2025.12.005

• 研究论文 • 上一篇

基于Illumina MiSeq高通量测序分析玉米种子携带真菌多样性及功能

段誉¹, 金梦军¹, 冯中红¹, 许永锋², 杨成德¹

1. 甘肃农业大学植物保护学院, 甘肃省农作物病虫害生物防治工程实验室, 甘肃兰州 730070;
2. 甘肃张掖市植保植检站, 甘肃张掖 734000

收稿日期:2025-01-10 修回日期:2025-02-24 发布日期:2025-12-01
通讯作者: 冯中红，E-mail：fengzh@gsau.edu.cn；杨成德，E-mail：yangcd@gsau.edu.cn
作者简介:段誉（2000-），男，汉族，甘肃庆阳人，硕士研究生，E-mail：1713559172@qq.com；
基金资助:
国家自然科学基金（No.31660148）；甘肃省草地牧草主要病害研究资助

Analysis of Fungal Diversity and Function in Maize Seeds Based on Illumina MiSeq High-Throughput Sequencing

DUAN Yu¹, JIN Meng-jun¹, FENG Zhong-hong¹, XU Yong-feng², YANG Cheng-de¹

1. College of Plant Protection, Gansu Agricultural University/Biocontrol Engineering Laboratory of Crop Diseases and Pests of Gansu Province, Lanzhou, Gansu Province 730070, China;
2. Gansu Zhangye Plant Protection and Inspection Station, Zhangye, Gansu Province 734000, China

Received:2025-01-10 Revised:2025-02-24 Published:2025-12-01

摘要/Abstract

摘要： 种子是农业生产的重要基础资源，其表面携带的真菌可通过垂直传播影响植物健康及农产品质量。本文以6个玉米（Zea mays）品种（品系）为研究对象，采用Illumina MiSeq高通量测序技术，系统分析种带真菌的多样性及潜在功能。结果显示，6个玉米品种所含的主要真菌群为子囊菌门、担子菌门和毛霉门，其中子囊菌门占优势；肉座菌目和毛霉目为优势菌目，镰孢菌属、根霉菌属和青霉菌属为主要优势属。不同品种间真菌群落结构及多样性差异显著（P<0.05），如‘明天695’中镰孢菌属丰度高于‘德光168’。种子生产年份也显著影响真菌组成，2023年种子中镰孢菌属丰度最低，2021年种子带菌率最高。Alpha多样性、Beta多样性及LEfSe分析结果均揭示不同品种间群落结构存在差异。功能预测共识别出68个KEGG代谢通路和27类生态功能，病理寄生-腐生功能占主导。储存时间延长可能促进病原真菌积累并影响能量代谢通路。本研究为玉米种带真菌多样性解析、种子健康评估及靶向杀菌剂开发提供理论依据。

关键词: 玉米种子携带真菌, Illumina MiSeq高通量测序, 镰孢菌, 功能预测

Abstract: Seeds are fundamental resources in agricultural production， and the fungi they carried on the surface can be vertically transmitted into host plants， affecting plant health and crop quality. In this study， seeds from six maize （Zea mays） varieties （lines） were analyzed using Illumina MiSeq high-throughput sequencing to investigate the diversity and potential functions of seed-borne fungi. The fungal communities were mainly composed of members from Ascomycota， Basidiomycota， and Mucoromycota， with Ascomycota being dominant. Hypocreales and Mucorales were the predominant fungal orders， and the dominant genera included Fusarium， Rhizopus， and Penicillium. Significant differences in fungal community structure and diversity were observed among different maize varieties （P<0.05）， with Fusarium being more abundant in ‘Mingtian 695’ than in ‘Deguang 168’. Seeds production year also significantly influenced fungal composition. The seeds produced in 2023 had the lowest Fusarium abundance， while those from 2021 had the highest infection rate. Alpha diversity， beta diversity， and LEfSe analyses further revealed distinct community structures among the varieties. Functional predictions identified 68 KEGG metabolic pathways and 27 ecological functions， with pathotroph-saprotroph types being most dominant. Extended storage time increased the abundance of pathogenic fungi and affected energy metabolism pathways. These findings provide a theoretical basis for understanding seed-borne fungal diversity in maize， assessing seed health， and developing targeted fungicides.

Key words: Maize seed zone fungi, Illumina MiSeq high-throughput sequencing, Fusarium, Functional prediction

中图分类号:

S435.13

段誉, 金梦军, 冯中红, 许永锋, 杨成德. 基于Illumina MiSeq高通量测序分析玉米种子携带真菌多样性及功能[J]. 草地学报, 2025, 33(12): 3907-3919.

DUAN Yu, JIN Meng-jun, FENG Zhong-hong, XU Yong-feng, YANG Cheng-de. Analysis of Fungal Diversity and Function in Maize Seeds Based on Illumina MiSeq High-Throughput Sequencing[J]. Acta Agrestia Sinica, 2025, 33(12): 3907-3919.

参考文献

[1] GRUM M，CAMLOH M，RUDOLPH K，et al. Elimination of bean seed-borne bacteria by thermotherapy and meristem culture[M]. Dordrecht：Springer Netherlands，1997：225-231
[2] NAN Z B. Alfalfa diseases and their integrated control system in China[J]. Animal Science and Veterinary Medicine，2001，18（4）：81-84 南志标. 我国的苜蓿病害及其综合防治体系[J]. 动物科学与动物医学，2001，18（4）：81-84
[3] CLAY K. Fungal endophytes of grasses[J]. Annual Review of Ecology and Systematics，1990，21：275-297
[4] TRIVEDI P，LEACH J E，TRINGE S G，et al. Plant–microbiome interactions： from community assembly to plant health[J]. Nature Reviews Microbiology，2020，18（11）：607-621
[5] MUSHTAQ A，GUL-ZAFFAR，DAR Z A，et al. A review on Oat （Avena sativa L.） as a dual-purpose crop[J]. Scientific Research and Essays，2014，9（4）：52-59
[6] BACON C W，GLENN A E，YATES I E. Fusarium verticillioides： managing the endophytic association with maize for reduced fumonisins accumulation[J]. Toxin Reviews，2008，27（3/4）：411-446
[7] MUNKVOLD G P. Cultural and genetic approaches to managing mycotoxins in maize[J]. Annual Review of Phytopathology，2003，41：99-116
[8] LUO B L. Seed industry revitalization and food security： A review[J]. Journal of South China Agricultural University，2023，44（6）：827-836 罗必良. 种业振兴与粮食安全[J]. 华南农业大学学报，2023，44（6）：827-836
[9] ZHANG C Y，JIN M J，XU Y F，et al. Effects of maize continuous cropping on soil microbial community structure based on metagenomic analysis[J]. Acta Prataculturae Sinica，2024，33（12）：160-174 张晨阳，金梦军，许永锋，等. 基于宏基因组分析玉米连作对土壤微生物群落结构的影响[J]. 草业学报，2024，33（12）：160-174
[10] LEI Y M，ZHENG T X，CAO L. Study on fungi isolated from corn seeds in Hexi Corridor of Gansu Province[J]. Seed，2019，38（3）：100-103 雷玉明，郑天翔，曹礼. 河西走廊玉米种子携带病原菌真菌的研究[J]. 种子，2019，38（3）：100-103
[11] GAO X M，LU G Z，SUN X D，et al. Diversity of corn seed-borne fungi[J]. Journal of Fungal Research，2005，3（2）：42-46 高晓梅，吕国忠，孙晓东，等. 玉米种子携带真菌的多样性研究[J]. 菌物研究，2005，3（2）：42-46
[12] GAO X M，LU G Z，SUN X D，et al. Study on fungi isolated from corn seeds in Liaoning Province[J]. Journal of Maize Sciences，2006，14（2）：141-143 高晓梅，吕国忠，孙晓东，等. 对辽宁省玉米种子携带的真菌研究[J]. 玉米科学，2006，14（2）：141-143
[13] LUO X Y，GUO Q Y，WU X F，et al. Seed health testing and detection of Fusarium toxins in maize varieties[J]. Crops，2009（3）：75-79 罗晓杨，郭庆元，武小菲，等. 玉米生产品种种子带菌和镰孢菌毒素的检测[J]. 作物杂志，2009（3）：75-79
[14] GENG L H，SONG S H，LU Y，et al. Detection and identification of seed-born fungi of main watermelon varieties in Beijing area[J]. Plant Protection，2017，43（3）：160-164 耿丽华，宋顺华，芦钰，等. 北京地区主栽西瓜品种种子携带真菌检测及鉴定[J]. 植物保护，2017，43（3）：160-164
[15] WEI S N，ZHU X F，CHEN L J，et al. Seed-borne fungi detection in different soybean cultivars[J]. Soybean Science，2014，33（6）：890-895 魏思楠，朱晓峰，陈立杰，等. 我国不同地区大豆主栽品种种子携带真菌研究[J]. 大豆科学，2014，33（6）：890-895
[16] XING H Q. Mycobiota and genetic diversity using ISSR analysis and pathogenicity characterization of dominant Fusarium isolatesin maize storage seeds[D]. Lanzhou：Gansu Agricultural University，2018：23 邢会琴. 玉米种子真菌区系和种带优势镰孢菌遗传多样性及其致病机理研究[D]. 兰州：甘肃农业大学，2018：23
[17] HAMEEDA B，HARINI G，RUPELA O P，et al. Growth promotion of maize by phosphate-solubilizing bacteria isolated from composts and macrofauna[J]. Microbiological Research，2008，163（2）：234-242
[18] GUO J X，WANG Z F，BOWATTE S，et al. Diversity of seed endophytic bacterial and fungal communities of eight alpine meadow grassland species[J]. Pratacultural Science，2020，37（5）：901-915 郭建秀，王召锋，Bowatte Saman，等. 高寒草甸8种植物种子内生细菌和真菌群落的多样性[J]. 草业科学，2020，37（5）：901-915
[19] CAO Y Y，CHENG Z Q，MA J，et al. Integrating transcriptomic and metabolomic analyses reveals maize responses to stalk rot caused by Fusarium proliferatum[J]. Scientia Agricultura Sinica，2025，58（1）：75-90 曹言勇，程泽强，马娟，等. 整合转录组和代谢组学分析揭示玉米对层出镰孢茎腐病的响应机制[J]. 中国农业科学，2025，58（1）：75-90
[20] SHI J，WANG Z Y. Color atlas of maize disease and pest control[M]. Beijing：China Agriculture Press，2011：133-142 石洁，王振营. 玉米病虫害防治彩色图谱[M]. 北京：中国农业出版社，2011：133-142
[21] AI S，ZHANG L J，XIAO P Y，et al. Application and progress of high-throughput sequencing technology in the field of environmental microorganisms[J]. Journal of Chongqing University of Technology （Natural Science），2018，32（9）：111-121 艾铄，张丽杰，肖芃颖，等. 高通量测序技术在环境微生物领域的应用与进展[J]. 重庆理工大学学报（自然科学），2018，32（9）：111-121
[22] EDGAR R C. UPARSE： highly accurate OTU sequences from microbial amplicon reads[J]. Nature Methods，2013，10（10）：996-998
[23] CHEN K，CHEN M，LIN L，et al. Analysis of microbial community characteristics in 9 kinds of Chinese herbal pieces based on 16S rRNA high throughput sequencing[J]. Guiding Journal of Traditional Chinese Medicine and Pharmacy，2022，28（9）：53-56，61 陈柯，陈敏，林黎，等. 基于16S rRNA高通量测序分析9种中药饮片污染微生物群落特征[J]. 中医药导报，2022，28（9）：53-56，61
[24] LEGENDRE P，LEGENDRE L. Multidimensional qualitative data[M]. Amsterdam：Elsevier，2012：219-264
[25] WANG W J，LIU A R，FU W T，et al. Tobacco-associated with Methylophilus sp. FP-6 enhances phytoremediation of benzophenone-3 through regulating soil microbial community，increasing photosynthetic capacity and maintaining redox homeostasis of plant[J]. Journal of Hazardous Materials，2022，431：128588
[26] SATTA E，PALTRINIERI S，BERTACCINI A. Phytoplasma transmission by seed[M]. Singapore：Springer Singapore，2019：131-147
[27] SHEN Q，ZHENG R C，NAN Z B，et al. Diversity of seed-borne fungi in Phleum pratense and their effects on seed germination and seedling growth[J]. Acta Prataculturae Sinica，2024，33（10）：108-122 申琴，郑荣春，南志标，等. 猫尾草种带真菌多样性及其对种子萌发和幼苗生长的影响[J]. 草业学报，2024，33（10）：108-122
[28] GAO C X，NAN Z B. Progress in research on the seed-borne fungi of forage in China[J]. Pratacultural Science，2019，36（7）：1792-1802 高晨轩，南志标. 我国牧草种带真菌研究进展[J]. 草业科学，2019，36（7）：1792-1802
[29] DHINGRA O D，MAIA C B，LUSTOSA D C，et al. Seedborne pathogenic fungi that affect seedling quality of red angico （Anadenanthera macrocarpa） trees in Brazil[J]. Journal of Phytopathology，2002，150（8/9）：451-455
[30] GANLEY R J，NEWCOMBE G. Fungal endophytes in seeds and needles of Pinus monticola[J]. Mycological Research，2006，110（3）：318-327
[31] RODRIGUEZ R J，WHITE J FJr，ARNOLD A E，et al. Fungal endophytes： diversity and functional roles[J]. New Phytologist，2009，182（2）：314-330
[32] XU X L，WU X H，ZHANG G Z，et al. Analysis of correlation between seed-associated fungi and seed vigor of sweet corn[J]. Scientia Agricultura Sinica，2006，39（8）：1565-1570 徐秀兰，吴学宏，张国珍，等. 甜玉米种子携带真菌与种子活力关系分析[J]. 中国农业科学，2006，39（8）：1565-1570
[33] GAO W，WANG Y，ZHANG C X. Testing of seed-associated fungi of cucumber seed[J]. Seed，2016，35（9）：91-93 高苇，王勇，张春祥. 黄瓜种子携带真菌的检测研究[J]. 种子，2016，35（9）：91-93
[34] KUANG W G，SI H B，LUO L X，et al. Testing of seed-borne fungi of hullessbarley and disinfection effect of six kinds of fungicides[J]. Plant Protection，2016，42（4）：215-220，235 况卫刚，思红兵，罗来鑫，等. 青稞种子带菌检测及杀菌剂消毒处理效果[J]. 植物保护，2016，42（4）：215-220，235
[35] KUMAR R，GUPTA A. Seed-borne diseases of agricultural crops： detection，diagnosis & management[M]. Singapore：Springer Singapore，2020：290-310
[36] LIANG Y T，XIAO X，NUCCIO E E，et al. Differentiation strategies of soil rare and abundant microbial taxa in response to changing climatic regimes[J]. Environmental Microbiology，2020，22（4）：1327-1340
[37] WANG R T，ZHANG Q C，JU M X，et al. The endophytic fungi diversity，community structure，and ecological function prediction of Sophora alopecuroides in Ningxia，China[J]. Microorganisms，2022，10（11）：2099
[38] ARNOLD A E，LUTZONI F. Diversity and host range of foliar fungal endophytes： are tropical leaves biodiversity hotspots？[J]. Ecology，2007，88（3）：541-549
[39] CHEN H S. A concise guide to seed diseases[M]. Beijing：China Agriculture Press，1983：32-40 陈鹤生. 种子病害简明教程[M]. 北京：农业出版社，1983：32-40
[40] GAO W，YANG L J，LIU Y Q，et al. Detection of fungus carried by eggplant seeds[J]. Vegetables，2022（3）：56-59 高苇，杨利娟，刘亚全，等. 茄子种子携带真菌的检测[J]. 蔬菜，2022（3）：56-59
[41] GAO L，HUANG Y，MA J B，et al. Diversity and roles of endophytic fungi in two halophytes[J]. Microbiology China，2023，50（8）：3357-3371 高磊，黄银，马金彪，等. 两种盐生植物内生真菌多样性及其功能预测[J]. 微生物学通报，2023，50（8）：3357-3371

基于Illumina MiSeq高通量测序分析玉米种子携带真菌多样性及功能

Analysis of Fungal Diversity and Function in Maize Seeds Based on Illumina MiSeq High-Throughput Sequencing

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 12

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	宋雪, 戚晶晶, 付楚涵, 肖正琴, 贾茗涵, 孔雨丹, 项继红, 秦立刚. 山韭根际和内生真菌群落组成与多样性分析[J]. 草地学报, 2025, 33(6): 1736-1748.
[2]	郑敏娜, 康佳惠, 龚瑞杰, 陈燕妮, 韩志顺, 梁秀芝. 不同苜蓿-粮食作物（饲草）轮作模式对土壤细菌群落组成及其生态功能影响[J]. 草地学报, 2025, 33(5): 1387-1397.
[3]	张小芳, 张春平, 董全民, 霍丽安, 童永尚, 张雪, 杨增增, 俞旸, 曹铨. 环青海湖地区多年生栽培草地土壤真菌群落结构特征[J]. 草地学报, 2024, 32(9): 2803-2815.
[4]	丁子健, 蒋师丞, 任百慧, 白龙, 秦嗣军, 李佳欢. 土地利用方式对低山丘陵区土壤理化性质及微生物群落的影响[J]. 草地学报, 2024, 32(2): 426-435.
[5]	徐林芳, 米媛婷, 柳兰洲, 温璐, 李永宏, 许继飞. 内蒙古不同类型草原土壤真菌群落结构及其影响因子的研究[J]. 草地学报, 2023, 31(7): 1977-1987.
[6]	刘东霞, 杨莉, 宋连昭, 杨志敏, 王芳, 刘贵河. 三种镰孢菌对不同苜蓿品种致病性的比较研究[J]. 草地学报, 2022, 30(4): 909-918.
[7]	邢会琴, 王春明, 金社林, 周天旺, 郭成. 山黧豆根腐病病原菌亚洲镰孢菌的分离鉴定[J]. 草地学报, 2021, 29(6): 1350-1356.
[8]	张小杰, 王春明, 周天旺, 刘浩, 沈瑞清, 李敏权, 郭成. 宁夏地区玉米镰孢茎腐病病原菌的分离与鉴定[J]. 草地学报, 2021, 29(4): 805-812.
[9]	徐美蓉, 李敏权, 曹素芳, 蒋晶晶, 李雪萍, 孙新荣, 陈爱昌, 李继平, 漆永红. 根腐病对党参细胞结构和生理特性的影响[J]. 草地学报, 2020, 28(4): 915-922.
[10]	李争艳, 徐智明, 师尚礼, 贺春贵. 江淮地区不同品种光敏型高丹草对土壤微生态环境的影响[J]. 草地学报, 2019, 27(2): 326-335.
[11]	漆永红, 曹素芳, 李雪萍, 李敏权. 燕麦镰孢菌环介导等温扩增(LAMP)检测方法的建立与应用[J]. 草地学报, 2018, 26(4): 1004-1010.
[12]	金社林, 郭成, 魏宏玉, 郭满库, 何苏琴. 玉米穗腐病样品中木贼镰孢菌的分离鉴定及生物学特性[J]. , 2014, 22(1): 182-187.