根際(Rhizosphere)和葉際(Phyllosphere)是兩個獨特、復雜的生態(tài)系統(tǒng),有著豐富的微生物多樣性,對于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及穩(wěn)定、修復生態(tài)環(huán)境有顯著作用。根際一直是科學家硏究探索的領域,土壤里的微生物與植物根系的關系、長勢、抗病性等方面的研究已取得一定的進展。葉際(包括莖、葉、花、果,)是一個富含微生物的生態(tài)壞境,主要包括細菌、絲狀真菌、酵母、藻類等。近年來葉際的相關研究逐漸增多,相關研究表明每克鮮葉表面存在約幾十萬至1百萬個微生物,然而這些葉際微生物對作物、生態(tài)環(huán)境有何影響?
近日,Trends in plant science在線發(fā)表了澳大利亞西悉尼大學霍克斯伯里環(huán)境研究所Liu hongwei課題組題為“Linking the Phyllosphere Microbiome to Plant Health”的亮點評述,作者對植物與葉際微生物群之間相互作用關系,以及葉際微生物群是如何影響植物健康進行了闡述。
植物葉際是一個開放的環(huán)境,受到各種生物和非生物刺激以及人為壓力的影響。這使得葉際成為一個動態(tài)的、復雜的環(huán)境。葉和莖是地上植物的主要組成部分,但它們的表面通常被認為是相對貧瘠的環(huán)境,因為它們與土壤分離,并受到雨水淋濾。相關實驗表明,葉際能夠過濾來自更廣闊環(huán)境的微生物,并允許特定類型的微生物在植物上/植物中定殖,進而服務于宿主和葉際生態(tài)系統(tǒng)。新的證據(jù)表明,遺傳網(wǎng)絡受損的植物存在著改變的微生物群,同時能造成葉際生態(tài)失調(diào),這表明植物遺傳調(diào)控是葉際微生物群組裝的關鍵驅(qū)動因素,同時葉際微生物群與植物健康息息相關。
植物葉際微生物群的組成會受到多種因素的影響。土壤是葉際微生物多樣性的儲存庫,與植物的營養(yǎng)和生長相互作用,為植物葉際提供微生物,并影響葉片化學。農(nóng)業(yè)管理和氣候可以通過改變土壤和植物特性來影響葉際微生物群。生物因素,包括植物基因型和發(fā)育階段,昆蟲食草動物攻擊,昆蟲傳粉,病原體感染,以及微生物的競爭和合作等,推動了葉際微生物群的組成。同時植物的遺傳性狀和新陳代謝可能介導了與這些因子相關機制的產(chǎn)生。
植物遺傳網(wǎng)絡受損和動態(tài)平衡的破壞會改變植物的基因表達和新陳代謝,從而影響葉片化學,導致生態(tài)失調(diào)的發(fā)生,同時改變微生物群落的組成。改變后的微生物群反過來可以與植物宿主相互作用,并創(chuàng)造一種支持它們增殖的條件,進而去影響植物的生長。葉際微生物群與植物相互交叉調(diào)節(jié),成一個反饋環(huán)。
作者提到,葉際微生物群與植物本身的密切相互作用決定了植物對環(huán)境變化的反應,并形成了一個調(diào)控反饋環(huán),支撐著這兩個生態(tài)系統(tǒng)組成部分之間的共同進化、互惠互利的關系。天然免疫缺陷對于有效應對生物和非生物脅迫可能是植物界面臨的共同挑戰(zhàn);調(diào)節(jié)寄主關鍵遺傳網(wǎng)絡以防止生態(tài)失調(diào),可能是利用天然葉際微生物群改善植物在自然和農(nóng)業(yè)中表現(xiàn)的一條新途徑。