中国农科院深圳农业基因组所张江教授团队揭示天然微生物菌群在植物抵御害虫中的作用

学术 2024-09-10 17:35 广东

植物在自然环境中会面临各种生物和非生物胁迫，同时也进化出多种防御机制来抵御胁迫。其中植物相关微生物影响植物的生长发育已经被广泛研究，但它们是否在自然生态系统中发挥帮助植物抵御害虫的作用尚不清楚。因此，研究微生物在植物防御害虫中的作用具有重要意义。多年生木本植物柳树（Salix babylonica）是我国重要的树种，在我国数量众多、分布广泛，具有十分巨大的经济价值和生态价值。但是在其生长发育过程中易受到生物和非生物胁迫的影响，严重影响生长发育，其中植食性昆虫柳蓝叶甲（Plagiodera versicolora）对柳叶的取食已成为其最严重的生物胁迫之一。

近日，中国农业科学院深圳农业基因组所张江教授团队在《微生物组（Microbiome）》发表了题为“Enrichment of novel entomopathogenic Pseudomonasspecies enhances willow resistance to leaf beetles”的研究论文，揭示了天然微生物菌群在植物抵御害虫中的作用。

研究以柳树—微生物—柳蓝叶甲三者为研究对象，探究微生物在柳树抵御柳蓝叶甲危害过程中发挥的作用和机制。作者发现被柳蓝叶甲危害的柳树（Salix babylonica）叶片比健康柳树叶片更能抵御柳蓝叶甲侵害。其次，人工合成菌群回接叶片实验表明，来自被柳蓝叶甲危害的柳叶微生物菌群参与了柳树对柳蓝叶甲的抗性（图1）。16S扩增子测序发现柳树被柳蓝叶甲取食危害后柳树的微生物组发生显著变化，被危害柳树的叶片、根部和根际土壤中假单胞菌显著富集（图2）。从柳树和根际土壤中分离出49株假单胞菌，鉴定出7株对柳蓝叶甲有高杀虫活性的假单胞菌。进一步用这7株假单胞菌菌株重新构建了一个合成群落（SynCom-^mix7）进行了回接试验，发现SynCom-^mix7可以显著增强柳树对柳蓝叶甲的抗性，从而帮助保护柳树免受柳蓝叶甲的进一步伤害。

图1. 无菌柳树叶片分别接种病叶菌群SynCom-^SL和健康叶片菌群SynCom-^HL喂食柳蓝叶甲幼虫的生测

图2. 柳树细菌群落的结构和组成

本研究以柳蓝叶甲、柳树及其相关微生物为研究模型，研究三者之间相互作用关系，发现植物在受到植食性昆虫柳蓝叶甲的取食伤害后，会招募特异微生物菌群来延迟柳蓝叶甲的生长发育从而达到保护植物的目的（图3）。揭示了自然生态系统中昆虫、植物和植物相关微生物群之间复杂的相互作用。为利用合成微生物菌群控制害虫提供了理论基础。

图3. 受害柳树通过募集假单胞菌协助抵御柳蓝叶甲的进一步危害

中国农科院深圳农业基因组所张江教授为本文的通讯作者，科研助理王海涛和湖北大学张凤娟副教授为本文的共同第一作者。本研究得到了国家自然科学基金，中国农科院创新工程等项目的支持。

论文链接：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-024-01884-z

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4MjkwOTE3OQ==&mid=2247536115&idx=3&sn=6b204a8fd30bf1973b75245e0a815beb

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