Nature： 何胜洋/辛秀芳合作揭示植物中维持叶际微生物生态平衡的遗传调控网络

来源：BioArt植物

植物体的生态平衡直接关系到植物适应环境的能力和健康的生长，其中微生物群落与植物之间的互作关系对于维持植物整体的稳定有重要意义。植物地上部分的组织与根部组织相比，拥有更大的原生质体，促进了光合作用的气体交换，并且为微生物的生存提供了大量的气生环境。叶片表面的微生物称为附生菌，叶片内部的微生物称为内生菌。寄主植物的遗传背景可以影响叶际微生物群落的组成，然而植物如何利用和调控叶际微生物帮助自身健康成长的细节还不清楚。

2020年4月8日，美国科学院院士、密歇根州立大学何胜洋教授和中科院和中国科学院分子植物科学卓越创新中心辛秀芳研究员合作在Nature 发表了题为A plant genetic network for preventing dysbiosis in the phyllosphere 的研究论文，发现了一条植物通过PTI信号通路和MIN7囊泡转运过程调控叶际微生物生态平衡来维持自身健康的机制。

前期研究发现，拟南芥的PTI信号通路多个基因突变或者MIN7介导的囊泡转运相关基因突变，会造成病原菌侵染的加强，同时发现在环境湿度比较大的条件下，叶片内部的微生物种群数量也相对增大。该研究首先通过16S rRNA测序对植物叶片内外菌落的高通量分析，发现叶片内源微生物组成与PTI和MIN7介导的囊泡转运有相关性且相互独立；通过分别对野生型和突变体叶内微生物群落进行检测，发现突变体植株叶片内的微生物群落是通过造成叶际生态系统紊乱导致植物出现不健康组织破坏表型。

进一步分析不同菌落的影响，发现突变体植株中可能是由于变形菌门对厚壁菌门细菌的抑制作用，使得富含厚壁菌门的叶内菌群向富含变形菌门的菌群发生变化，影响整个叶内菌落。前面结果证明了PTI和MIN7介导的囊泡转运机制控制叶内菌落的重要作用，通过一系列分子遗传学分析和表型相关性研究发现了CAD1基因可能位于PTI和MIN7囊泡转运的下游发挥作用。

综上所述，该研究发现了植物通过自身PTI信号通路以及MIN7介导的囊泡转运机制在CAD1的协助下共同调控叶际微生物的群落特征的机制。这一研究首次发现植物拥有类似于动物的防止自身免疫失调的调控机制，而且大范围分析发现这条通路在植物界是分布广泛且保守的，该研究有望为通过遗传通路调控改善生态系统和农作物性状提升提供新的思路。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2185-0