合作研究團隊在植物葉際微生物群穩態維持的研究獲進展

　　4月8日，《自然》（Nature）雜志在線發表了題為A plant genetic network for preventing dysbiosis in the phyllosphere 的研究論文。這項工作由中國科學院分子植物科學卓越創新中心辛秀芳研究組與美國密歇根州立大學何勝洋研究組合作完成，該研究對認識植物葉際微生物群的穩態維持機制以及植物微生物群領域向功能性研究轉變實現了重要推動。

　　植物的地上部分可統稱為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，植物葉片的表面和內部存在細菌、真菌等微生物群；但是相比對植物根際微生物群的許多研究，目前對植物如何控制葉際微生物群的穩態以及葉際微生物群的平衡如何影響植物健康生長還知之甚少。

　　該工作前期的一項研究發現一個擬南芥的基礎免疫和葉片水分平衡缺陷的四突變體（fls2/efr/cerk1/min7）植物在高濕度環境下會出現葉片內部細菌菌群過度繁殖和葉片黃化/壞死的表型（Xin et al., Nature 2016）。這表明葉際微生物群失衡會破壞植物健康。該工作在此基礎上構建了“人工合成微生物群”（synthetic community），并通過細菌16S rRNA基因和基因組測序、“無菌植物培養系統”（Gnotobiotic system）等實驗明確了突變體植物的葉際微生群由“正常”變為“失衡且對植物有害”（dysbiotic）的狀態并導致葉片發生類似病害的表型。進一步的研究發現突變體中重要免疫和水分平衡通路的缺失以及不同菌種之間的互作（抑制作用）導致了細菌群落結構的改變。此外，該工作還發現擬南芥另一個基因CAD1突變也會導致類似的細菌群落結構失衡及葉片壞死表型，并進一步發現CAD1功能與FLS2/EFR/CERK1/MIN7等相關，因此這幾個基因存在于一個網絡來共同維持葉際微生物群平衡。對植物微生物群穩態機制的研究可以幫助人們將來設計和改變植物微生物群落結構，從而改善植物生長和抗逆等性狀，為人類生產和生活服務。

　　該工作由美國密歇根州立大學何勝洋研究組、華中農業大學植物科學技術學院副教授陳桃（密歇根州立大學訪問學者）、中科院分子植物卓越中心辛秀芳研究組與王二濤研究組等合作完成。華中農業大學植物科學技術學院陳桃、密歇根州立大學Kinya Nomura、分子植物卓越中心王孝林、姚玲婭等共同參與完成課題。辛秀芳和何勝洋是該論文的共同通訊作者。該項工作得到分子植物卓越中心、美國National Institutes of Health和Department of Energy的經費支持。

植物葉片結構及葉際微生物群示意圖

該項工作的模型圖，顯示突變體植物的葉際微生物群落結構發生改變并導致葉片發生類似病害的表型