首頁資訊《自然》：“葉圈”健康有多重要？中美科學(xué)家聯(lián)合發(fā)表植物葉際微生物群領(lǐng)域的新進(jìn)展

《自然》：“葉圈”健康有多重要？中美科學(xué)家聯(lián)合發(fā)表植物葉際微生物群領(lǐng)域的新進(jìn)展

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2024年12月22日 02:05

植物在整個生長過程中都與環(huán)境中細(xì)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(dǎo)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(zhuǎn)化為植物可吸收的含氮化合物），而除此之外絕大多數(shù)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(rèn)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(guān)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(jié)構(gòu)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(jìn)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(nèi)部同樣存在大量不同性質(zhì)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(xué)術(shù)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(wǎng)絡(luò)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(xué)何勝洋研究組、中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心辛秀芳研究組、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授陳桃等合作完成，對于人們認(rèn)識植物對葉際微生物群的穩(wěn)態(tài)維持機(jī)制及其與植物健康生長的關(guān)系做出了重要貢獻(xiàn)。

該項工作以一種模式植物擬南芥為研究材料，發(fā)現(xiàn)了一個植物的遺傳網(wǎng)絡(luò)可以控制植物葉際微生物群落的穩(wěn)態(tài)。這一網(wǎng)絡(luò)包括了植物中的基礎(chǔ)免疫通路和調(diào)控葉片水分環(huán)境等的重要基因元件，這些元件協(xié)同調(diào)節(jié)葉片內(nèi)部的細(xì)菌群落的水平以及群落結(jié)構(gòu)。當(dāng)其中的某些元件缺失時，葉片中的細(xì)菌過量繁殖且群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（不同細(xì)菌菌種所占比例發(fā)生變化和失調(diào)），導(dǎo)致微生物群失衡，并且植物葉部出現(xiàn)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(xì)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(xué)新領(lǐng)域葉際微生物群失調(diào)與植物健康的關(guān)系。有意思的是，植物就像人類一樣，已經(jīng)進(jìn)化出一個遺傳網(wǎng)絡(luò)來調(diào)控微生物菌群的穩(wěn)態(tài)以維持植物的健康，而且該網(wǎng)絡(luò)中的某些要素和調(diào)控方式與人類極為相似（例如，多個研究已發(fā)現(xiàn)人類腸道微生物群失調(diào)會導(dǎo)致多種疾?。?。

該工作發(fā)現(xiàn)的植物控制網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)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(diào)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(chǎn)量和改良自然生態(tài)系統(tǒng)，為人類生活服務(wù)。

作者：許琦敏

圖片：中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心提供

編輯：顧軍
責(zé)任編輯：樊麗萍

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