数百种不同的细菌生活在植物的叶子和根部。瑞士苏黎世联邦理工学院微生物研究所等机构研究人员，自6年前开始，首次对这些细菌进行了分类，他们从生活在拟南芥叶子上的各种细菌群中分离出224个菌株。这些微生物可以组装成简化或合成的植物微生物群落。相关论文近日刊登于《自然—植物》及《自然—微生物》。
研究人员首先调查了植物是如何应对微生物入侵的。他们将细菌培养物滴在无菌条件下培养的植物叶子上。结果显示，不同类型的细菌在植物中引发了不同的反应。例如，暴露于某些γ变形菌属的水芹植物共3000多个不同的基因被激活，而暴露于α变形菌属的水芹植物平均只激活了88个基因。
“尽管植物对不同细菌的反应范围很广，但我们惊讶地发现了一个核心变化：植物实际上总是激活24个核心基因。”联邦理工学院的Julia Vorholt说，而且，这24个基因的激活强度提供了细菌在植物上的殖民范围的信息，并有助于预测植物在适应新物种时将激活多少额外的基因。这24个基因中有一些缺陷的植物更容易受到有害细菌的影响。
在第二项研究中，研究人员探索了当突变导致植物缺乏一个或几个基因时，细菌群落是如何变化的。但他们没有预料到的是，另一种基因缺陷会产生最大的影响：如果植物缺乏一种NADPH氧化酶，细菌群落就会失去平衡。植物利用这种酶产生高活性氧自由基，具有抗菌作用。如果没有这种酶，在正常环境下平静地生活在叶子上的微生物发展成为所谓的条件致病菌。
研究人员表示，“合成”微生物群是研究不同群落内部复杂相互作用的一种有前途的方法。通过控制和精确地设计微生物群落，研究人员就可以在分子水平上理解它们。一个理想的微生物群可以保护植物不受疾病的侵袭，同时也能使它们更适应干旱和盐碱环境。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41564-021-00929-5
https://doi.org/10.1038/s41477-021-00913-1
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