Woody Plant Declines. What’s Wrong with the Microbiome

分享目的




1. 少有人了解木本植物的生态重要性；

2. 与作物、模式植物相比，木本研究明显滞后；

3. 农业微生态如火如荼，林木领域需要新方向。

研究基础




近几年大量的研究发现人体肠道微生物与免疫性疾病、慢性疾病（如糖尿病）以及癌症都有密切的联系。基于这些研究结果，同理在本木植物研究中，植物微生态的变化必然与植物健康、衰退相关。

背景知识介绍

1. 木本植物（Woody Plant，WP）生态功能——

（1）气候调节

（2）营养循环

（3）重要的碳汇（Carbon Sink）

（4）提供木材等生产资料

（5）栖息地-生物多样性保护


2. WP衰退（Decline）

木本植物的活力、生长与产量逐渐降低的过程，影响因素很多，如非生物胁迫（干旱、高温等）、生物胁迫（病原细菌、真菌或者害虫的侵害）以及菌群的失衡。


3. 顶梢枯死（Dieback）

注意：不是“死回去”的意思哦！Dieback指一些植物从顶梢开始逐渐向下枯死的现象，可能由疾病或非疾病因素引起。


4. 植物内生菌（Endophyte）

一定阶段或全部阶段生活于健康植物的组织和器官内部的真菌或细菌。


5. 叶表微生物(Epiphytes)

附着在叶面的微环境域，包含生存在其上并可以定居和增殖的微生物群体。


6. 共生总体(Holobiont)

动植物都是由宿主和微生物共生体（Symbiont）构成的共生总体，而宿主及其共生微生物遗传信息的总和构成了共生总基因组（Hologenome）。

木本植物共生体（WP Holobiont）

WP不是单独生活的，而是被微生物定殖和包围的。微生物定殖又分为表明附着和内生两大类。如下图，WP上部主要以Epiphytes和Endophyte为主，根部有根际微生物。微生物类群广泛而多样，有些属于致病型，有些属于有益型，另一些属于中性菌。


WP微生态具有如下特点（大部分同人类肠道）：

（1）个体之间微生物群是不同的；

（2）在同一个体中，不同的组织含有不同的微生物群落结构；

（3）微生物可能参与植物生理功能；

（4）与人类等动物微生态不同，WP仅能通过种子的垂直传播或环境中水平传播来实现微生物群落的动态变化。

有益微生物参与WP生长的策略

（i）提供或扩展植物的主要代谢功能，特别是在营养获取方面；

（ii）促进植物抵抗生物和非生物胁迫；

（iii）介导代谢物的产生；

（iv）支持种子萌发。

因此，为了调查微生物群与WP衰退之间的潜在联系（合称共生总体），有必要从多个角度进行思考：

  1. 获得初级数据：个体&组织中的微生物多样性信息

  2. 次级数据：调查微生物之间以及与植物之间的相互作用

  3. 次级数据：关注微生物的潜在功能以及对WP代谢和发育的影响。

WP Core Microbiome

“核心微生物组（Core Microbiome）”在植物生理和健康中发挥核心作用，不仅包括“好的”（植物有益微生物），也包括“坏的”（植物致病微生物）。核心微生物群由不同的类群组成，这些类群相互关联，确保共生总体的同一组基本功能。当WP衰退初期，如果不考虑共生总体的相互关系，会使施加的生物制剂对症状无效。

WP与微生物组的交流方式主要通过化学分子的信号传递，例如常见的群体感应。信号分子包括：挥发性有机化合物、植物激素或抗菌肽。使用不同的途径招募有益的微生物，激活所需的微生物特性，诱导系统防御，协调微生物种群行为和活动，塑造根茎微生物群落，或与真菌或细菌建立互惠共生体。


   

参考文献：

Pauline Bettenfeld, Florence Fontaine, Sophie Trouvelot, Olivier Fernandez, Pierre-Emmanuel Courty, Woody Plant Declines. What’s Wrong with the Microbiome?, Trends in Plant Science,2020
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