植物在整個生長過程中都與環(huán)境中細菌、真菌、卵菌等不同微生物互作；這些微生物有些是對植物有害的（如病原微生物，導致植物致?。?，有些是有益的（如根瘤菌可以和豆科植物根部共生，并將空氣中的氮轉化為植物可吸收的含氮化合物），而除此之外絕大多數微生物與植物共存但它們對植物健康生長的作用并不清楚，這些微生物可統(tǒng)稱為微生物群。

例如，植物根部接觸的土壤中存在大量和豐富的微生物，被認為是植物不同組織的微生物群的主要來源。因為根部是植物的水分和營養(yǎng)吸收的關鍵器官以及很多病原微生物的入侵部位，目前已有很多對根際微生物群的研究，這些研究表明根際微生物群的種類、豐度及群落結構可以極大地影響植物的正常生長以及對抗環(huán)境脅迫（如干旱、高溫、病原物侵染等）。

植物的地上部分（葉，果實，莖等）可統(tǒng)稱為葉圈(phyllosphere)，而這其中的葉片組織是植物進行光合作用和能量代謝的中心部位。與植物根部類似，植物葉片表面及內部同樣存在大量不同性質的微生物。但相對于較多的根際微生物群研究，人們對植物如何控制葉際微生物群的平衡和穩(wěn)態(tài)以及葉際微生物群的平衡如何影響植物健康生長并不清楚。

2020年4月8日，國際頂級學術雜志Nature在線發(fā)表了題為”A plant genetic network for preventing dysbiosis in the phyllosphere（植物的一個遺傳網絡控制葉際微生物群的穩(wěn)態(tài)）”的研究論文。這項工作由美國密歇根州立大學何勝洋研究組、中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心辛秀芳研究組、華中農業(yè)大學植物科學技術學院副教授陳桃等合作完成，對于人們認識植物對葉際微生物群的穩(wěn)態(tài)維持機制及其與植物健康生長的關系做出了重要貢獻。

該項工作以一種模式植物擬南芥為研究材料，發(fā)現了一個植物的遺傳網絡可以控制植物葉際微生物群落的穩(wěn)態(tài)。這一網絡包括了植物中的基礎免疫通路和調控葉片水分環(huán)境等的重要基因元件，這些元件協(xié)同調節(jié)葉片內部的細菌群落的水平以及群落結構。當其中的某些元件缺失時，葉片中的細菌過量繁殖且群落結構發(fā)生變化（不同細菌菌種所占比例發(fā)生變化和失調），導致微生物群失衡，并且植物葉部出現類似病害的黃化和壞死表型。該項工作通過“人工合成微生物群”、 “無菌植物培養(yǎng)系統(tǒng)”以及細菌16S rRNA基因和基因組的高通量測序等多種研究手段，明確了植物葉際微生物群的平衡狀態(tài)對維持植物健康生長非常重要。

此研究率先開啟了植物科學新領域葉際微生物群失調與植物健康的關系。有意思的是，植物就像人類一樣，已經進化出一個遺傳網絡來調控微生物菌群的穩(wěn)態(tài)以維持植物的健康，而且該網絡中的某些要素和調控方式與人類極為相似（例如，多個研究已發(fā)現人類腸道微生物群失調會導致多種疾病）。

該工作發(fā)現的植物控制網絡中的關鍵基因廣泛存在于植物界中，也許不久的將來可以通過改造植物中的這些基因來調控微生物群的穩(wěn)態(tài)或者優(yōu)化微生物群，以改善植物的健康生長和抵抗脅迫環(huán)境的能力，從而提高重要作物的產量和改良自然生態(tài)系統(tǒng)，為人類生活服務。

作者：許琦敏

圖片：中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心提供

編輯：顧軍
責任編輯：樊麗萍

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網址: 《自然》：“葉圈”健康有多重要？中美科學家聯合發(fā)表植物葉際微生物群領域的新進展 http://www.u1s5d6.cn/newsview712819.html