Nature：植物靠遺傳網(wǎng)絡(luò)調(diào)控“葉圈”微生物

4月8日，《自然》雜志在線發(fā)表了題為“A plant genetic network for preventing dysbiosis in the phyllosphere”的研究論文，率先開啟了植物科學(xué)的新領(lǐng)域——植物菌群失調(diào)與植物健康的關(guān)系。

論文結(jié)論表明，植物就像人類一樣，已經(jīng)進(jìn)化出一個(gè)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。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授陳桃和美國密歇根州立大學(xué)博士后Kinya Nomura為論文共同第一作者，中科院植物生理生態(tài)研究所研究員辛秀芳和美國密歇根州立大學(xué)教授 何勝洋（Shengyang He）是論文共同通訊作者。

2016年，何勝洋團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志上發(fā)表了一種細(xì)菌感染植物的新機(jī)制：細(xì)菌除了能抑制植物的免疫系統(tǒng)之外，也會(huì)在植物體內(nèi)產(chǎn)生一種潮濕的環(huán)境，從而引起疾病。

在此基礎(chǔ)上，最新研究利用擬南芥四突變體mfec（min7 fls2 efr cerk1）在高濕度條件下顯現(xiàn)出黃化和壞死的特點(diǎn)，通過16S rRNA基因擴(kuò)增子測序，檢測了健康葉片（野生型，Col-0）和不健康葉片（突變體，mfec）的總微生物組和葉內(nèi)微生物組。

結(jié)果表明，健康葉片和不健康葉片的總微生物組多樣性沒有顯著差異，但是葉內(nèi)微生物組的豐度和多樣性均有顯著的變化：不健康葉片內(nèi)部微生物多樣性降低，從Firmicute-rich的群體轉(zhuǎn)化為Proteobacteria-rich的群體（圖 1）。

研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了合成菌群體系SynComCol-0 和SynCommfec，并在無菌種植研究體系中研究了合成菌群體系的功能。結(jié)果表明，菌群失調(diào)的SynCommfec體系的確會(huì)導(dǎo)致植物不健康（圖 2）。

隨后，他們進(jìn)一步研究mfec突變體喪失維持微生物組多樣性的機(jī)制。

通過體內(nèi)和體外的細(xì)菌互作，他們證明細(xì)菌拮抗作用存在，并推測在mfec植物體內(nèi)，因?yàn)槊庖咄緩剑≒attern-triggered immunity，PTI）和MIN7途徑的缺失，導(dǎo)致細(xì)菌在突變體內(nèi)過度增殖，F(xiàn)irmicute和Proteobacteria發(fā)生拮抗作用，菌群多樣性減少，菌群失調(diào)，最終導(dǎo)致植物葉片顯癥。

他們對另一個(gè)擬南芥突變體ben3（與mfec表型相似）的研究發(fā)現(xiàn)，CAD1可能是控制葉內(nèi)微生物數(shù)目和多樣性的一個(gè)關(guān)鍵下游基因。CAD1、PTI途徑和MIN7途徑共同調(diào)控葉內(nèi)微生物的數(shù)目和多樣性，阻止菌群失調(diào)，維持植物的健康。

有意思的是，CAD1、PTI途徑基因和MIN7基因廣泛存在于植物界中。也許不久的將來，可以通過改造這些基因調(diào)控微生物組的穩(wěn)態(tài)或優(yōu)化微生物組，以確保植物“葉圈”的健康，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，改善自然生態(tài)系統(tǒng)。（生物谷世聯(lián)博研Bioexcellence）

小編推薦會(huì)議 2020（第六屆）腸道微生態(tài)與健康國際研討會(huì)

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