植物靠遗传网络调控“叶圈”微生物

植物叶片上生存着大量的不同性质的微生物，有益微生物和有害微生物与植物长期共存，植物是如何控制其地上部分的叶、果实、茎这些“叶圈”里的微生物并且维持自身健康的？相关机制尚不明确。

论文结论表明，植物就像人类一样，已经进化出一个遗传网络来调控微生物菌群的稳态，以维持植物的健康。而且该网络中的某些要素和调控方式与人类极为相似。

2016年，何胜洋团队在《自然》杂志上发表了一种细菌感染植物的新机制：细菌除了能抑制植物的免疫系统之外，也会在植物体内产生一种潮湿的环境，从而引起疾病。

在此基础上，最新研究利用拟南芥四突变体mfec（min7 fls2 efr cerk1）在高湿度条件下显现出黄化和坏死的特点，通过16S rRNA基因扩增子测序，检测了健康叶片（野生型，Col-0）和不健康叶片（突变体，mfec）的总微生物组和叶内微生物组。

结果表明，健康叶片和不健康叶片的总微生物组多样性没有显著差异，但是叶内微生物组的丰度和多样性均有显著的变化：不健康叶片内部微生物多样性降低，从Firmicute-rich的群体转化为Proteobacteria-rich的群体（图 1）。

研究团队构建了合成菌群体系SynComCol-0 和SynCommfec，并在无菌种植研究体系中研究了合成菌群体系的功能。结果表明，菌群失调的SynCommfec体系的确会导致植物不健康

随后，他们进一步研究mfec突变体丧失维持微生物组多样性的机制。

通过体内和体外的细菌互作，他们证明细菌拮抗作用存在，并推测在mfec植物体内，因为免疫途径（Pattern-triggered immunity，PTI）和MIN7途径的缺失，导致细菌在突变体内过度增殖，Firmicute和Proteobacteria发生拮抗作用，菌群多样性减少，菌群失调，最终导致植物叶片显症。

他们对另一个拟南芥突变体ben3（与mfec表型相似）的研究发现，CAD1可能是控制叶内微生物数目和多样性的一个关键下游基因。CAD1、PTI途径和MIN7途径共同调控叶内微生物的数目和多样性，阻止菌群失调，维持植物的健康。

有意思的是，CAD1、PTI途径基因和MIN7基因广泛存在于植物界中。也许不久的将来，可以通过改造这些基因调控微生物组的稳态或优化微生物组，以确保植物“叶圈”的健康，提高农作物产量，改善自然生态系统。