植物健康在很大程度上依赖于微生物对根部和叶片的定植。除了对植物健康有害的病原体外,其他微生物也在植物适应性中发挥着重要作用。特别是非病原菌对于保护植物免受可能引起病害的微生物侵害非常重要。例如,非病原菌使植物能够在存在潜在有害土壤真菌的情况下在土壤中成功发芽,并能保护叶片免受病原体的攻击。因此,了解哪些因素决定了像叶片这样的器官中细菌的定植是非常重要的。在这方面,植物-微生物以及微生物-微生物之间的相互作用都是相关的。虽然我们对叶片中病原体与植物之间一对一的相互作用有很好的理解,但我们大多还不清楚非病原菌是如何在那里生存的,进而哪些寄主特征塑造了它们在自然定植植物中形成群落。
为了成功定植叶片,所有细菌都需要克服若干障碍,这样最终到达植物叶片表面和内生环境的类群就经过了多个因素的筛选。首先,为了找到进入或停留在叶片上的途径,微生物必须克服诸如水分供应不足和受控的气孔开闭等物理障碍。其次,它们需要避开由微生物分子模式传感器(模式触发免疫和效应子触发免疫)以及一系列防御性次生代谢物组成的植物免疫系统。最后,叶片环境被认为是贫营养且高度异质性的,这使得寻找营养来源成为一项挑战。
宿主防御机制可以在更广泛的生态角色中发挥作用,但它们如何塑造自然微生物组的招募却知之甚少。脂肪族硫代葡萄糖苷(GLSs)是十字花科植物叶片中的次级防御代谢物。它们在拟南芥叶片中与害虫的相互作用由其基因定义的结构所塑造,科研人员在此发现它也影响了细菌的招募。在模式基因型Col-0中,GLSs(主要是4-甲基亚磺酰基丁基-GLS)对自然叶片细菌的招募没有明显的影响。
然而,在一个野生种群的基因型中,GLSs(主要是烯丙基-GLS)富集了特定的分类群,主要是Comamonadaceae(丛毛单胞菌科)和Oxalobacteraceae(草酸杆菌科)。一致地,在野生拟南芥中也观察到了Comamonadaceae的富集,并且从以烯丙基-GLS作为碳源的野生植物中观察到了Oxalobacteraceae的富集,而以4-甲基亚磺酰基丁基-GLS为碳源则没有这种现象。不同GLS结构之间的招募差异很可能源于细菌黑芥子硫苷酶的特异性。随后的群落招募由细菌间的代谢互养定义。遗传定义的代谢物与招募之间的联系可能导致塑造植物微生物组平衡的新策略。
关于 GLS 结构变体的群落组装机制的假设