深圳子科生物報道：植物葉片上生存著大量的不同種類的微生物，有益微生物和有害微生物與植物長期共存，但植物控制這些葉圈微生物并維持自身健康的機制尚不明確。

2016年，密歇根州立大學何勝洋教授團隊在Nature上發(fā)表的科研成果揭示了一種細菌感染植物的新機制，即細菌除了能抑制植物的免疫系統(tǒng)之外，也會在植物體內(nèi)產(chǎn)生一種潮濕的環(huán)境，加上高濕度的條件，容易引發(fā)植物病害。

在此基礎上，來自華中農(nóng)業(yè)大學，密歇根州立大學和中科院植物生理生態(tài)研究所等處合作，發(fā)表了題為“A plant genetic network for preventing dysbiosis in the phyllosphere”的文章，率先開啟了植物學的新領(lǐng)域——植物菌群失調(diào)與植物健康之間的關(guān)系。

這一成果公布在4月8日Nature雜志上，華中農(nóng)業(yè)大學植物科學技術(shù)學院的副教授陳桃和密歇根州立大學的博士后Kinya Nomura為該論文的共同第一作者。中科院植物生理生態(tài)研究所的辛秀芳教授和密歇根州立大學的Shengyang He（何勝洋）院士為該論文的共同通訊作者。

研究團隊利用擬南芥四突變體mfec (min7 fls2 efr cerk1)在高濕度的條件下顯現(xiàn)出黃化和壞死的病癥的特點，通過16S rRNA基因擴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）葉片總微生物組和葉內(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的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，不健康的葉片內(nèi)部微生物的多樣性降低，從Firmicute-rich的群體轉(zhuǎn)化為Proteobacteria-rich的群體。

研究還通過構(gòu)建合成菌群體系（SynComCol-0 和SynCommfec），并在無菌種植研究體系探索了合成菌群體系的功能，結(jié)果表明，菌群失調(diào)的SynCommfec的確會導致植物不健康。

隨后，他們進一步研究了mfec突變體喪失維持微生物組多樣性的機制。研究通過體內(nèi)和體外的細菌互作，證明細菌拮抗作用存在推測在mfec植物體內(nèi)，因為免疫途徑（Pattern-triggered immunity）和MIN7途徑的缺失，導致細菌在突變體內(nèi)過度增殖，從而使Firmicute和Proteobacteria發(fā)生拮抗作用，進而導致菌群的多樣性減少，菌群失調(diào)，最終使得植物葉片顯癥。

同時，通過對與mfec相似表型的另外一個突變體ben3（big2cad1S205F, 表型依賴于cad1S205F）的研究發(fā)現(xiàn)，CAD1可能是控制葉內(nèi)微生物數(shù)目和多樣性的一個關(guān)鍵下游基因，CAD1、Pattern-triggered immunity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。

此研究率先開啟了植物科學新領(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)進化出一個遺傳網(wǎng)絡來調(diào)控微生物菌群的穩(wěn)態(tài)來維持植物的健康，而且該網(wǎng)絡中的某些要素和調(diào)控方式與人類極為相似（例如已發(fā)現(xiàn)人類腸道微生物群失調(diào)會導致多種疾?。?。

該工作發(fā)現(xiàn)的植物控制網(wǎng)絡中的關(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。

作者簡介：

陳桃，華中農(nóng)業(yè)大學植物科學技術(shù)學院副教授。主要從事植物與微生物互作機理的研究，研究的微生物包括：病原菌原生動物類的根腫菌、病原真菌核盤菌和灰葡萄孢、病原細菌丁香假單胞菌、以及有益微生物根瘤菌。先后以第一作者或通訊作者在Plant Cell、Frontiers in Physiology、Frontiers in Microbiology、Scientific reports、Physiologia Plantarum等雜志上發(fā)表SCI論文6篇，以參與作者在PNAS、PLoS Pathogens、Plant Physiology、Plant Molecular Biology等雜志上發(fā)表SCI論文6篇。主持5項包括國家自然科學基金在內(nèi)的科研項目。積極參加國內(nèi)重要學術(shù)會議并作大會報告，多次獲得優(yōu)秀報告獎。

原文標題：

A plant genetic network for preventing dysbiosis in the phyllosphere