不同生境中桂花和夹竹桃叶际细菌的群落结构

植物叶际微生物多样性是目前植物-微生物关系研究的热点之一,但影响叶际微生物群落结构的主要因素目前还存在很大争议.本研究以生长在3处生境的桂花和夹竹桃为对象,基于高通量测序技术,分析2种植物叶际细菌的群落结构,探讨影响植物叶际细菌群落结构的主要因素.结果表明:来自3处生境的2种植物叶际细菌多样性无显著差异,构成叶际细菌群落的优势门主要包括放线菌门、拟杆菌门、衣原体门、蓝细菌门、厚壁菌门和变形菌门,优势属主要包括甲基杆菌属、鞘氨醇单胞菌属、薄层杆属、Polaromonas和无毛螺旋体属.植物种类、生境及二者的交互作用均能显著影响叶际细菌群落结构,其中生境的影响最大.     

长白山阔叶红松林优势树种叶际真菌群落结构

森林作为陆地生态系统的主体,其林冠承载了地球上大约40%的现存物种,叶际微生物作为冠层生物多样性的重要组成部分, 在维持植物健康、提高宿主抵御能力和参与全球生物地球化学循环等生态功能中发挥着重要作用,然而相对于根际微生物,目前关于冠层叶际微生物群落组成的研究还比较缺乏。本研究以吉林省长白山自然保护区内阔叶红松林为主要研究对象,使用高通量测序技术分析6种优势树种(红松、紫椴、蒙古栎、色木槭、水曲柳、春榆)的叶际真菌群落特征,并测定宿主的14种叶片功能性状,对比研究了不同优势树种叶际真菌群落组成与功能群异同,探讨真菌群落组成与叶片功能性状的关联性。结果表明:叶际真菌的优势门和纲分别为子囊菌门、担子菌门,座囊菌纲和外囊菌纲;不同树种林冠叶际真菌组成存在明显差异。LEfSe分析表明,除春榆和色木槭外,其余树种都有显著的差异指示种,如红松的圆孢多臂菌属和蒙古栎的柱隔孢属;对比FUNGuild数据库发现,叶际真菌主要功能群为病理寄生型;冗余分析和envfit分析结果表明,与植物养分获取和抵御病虫害相关的性状是影响林冠叶际真菌群落结构的主要因子。     

叶际微生物及其与外界互作的研究进展

叶际微生物及其生存环境共同形成了一个复杂的生态系统。建立在纯种分离和纯培养技术基础之上的传统研究方法只能了解其中部分叶际微生物,但对物种组成、种群结构和生态学作用等方面的认识都比较片面。近年来随着分子生物学和生物信息学的进步,人们对叶际微生物总群落的分析逐渐揭示了叶际微生物组成的多样性及其特点,以及与外界互相作用的复杂性。研究表明,植物种类、地理位置和季节差异等都不同程度地影响着叶际微生物群落的构成。本文综述了近年来国内外叶际微生物群落结构组成及其与外界互作方面的研究进展,有利于加深对叶际微生物的了解,也有助于深入理解叶际微生物与植物生长和植物病虫害防治的关联关系。     

植物叶际固氮菌研究进展

固氮菌广泛存在于植物叶际,能固定空气中的氮气,满足自身或植物的部分氮素需求。基于纯种分离和培养的传统生物学方法已经研究了部分叶际固氮菌的特性,但对叶际固氮菌的物种组成、群落结构及生态功能等方面的认识还非常有限。随着分子生物学技术的发展、微生物分子生态学研究方法的逐步成熟,人们对叶际微生物的多样性和生态功能的研究越来越深入。叶际固氮菌具有丰富的多样性,温度、湿度、光照等环境因素及植物种类和微生物互作均会影响叶际固氮菌的组成。不同于根际固氮菌,叶际固氮菌具有非专一性,且不易受化肥的影响,其在农业生产上已经表现出潜在的应用价值。为此,本文综述了农作物、森林、海域生态系统中叶际固氮菌的群落结构组成及生态功能,以及外界因素对叶际固氮系统的影响。     

植物微生物组生态功能与群落构建过程研究进展

植物各个器官表面及内部定殖着高度多样化的微生物群落,这些微生物与植物长期共进化,作为宿主植物的“共生功能体”(holobiont)在植物生长发育、养分吸收、病害抵御和环境胁迫适应性等方面发挥了重要作用。得益于近10年来多组学技术的发展和应用,有关植物微生物群落的多样性、组成和功能特征、群落构建的驱动因素和植物–微生物互作机制等方面研究取得了一系列重要进展。然而,与土壤微生物组相比,目前对植物微生物组的认识及其应用尚且不足。本文系统总结了植物微生物组的组成特征,植物微生物在调节植物生长发育、促进养分吸收、提高病害抵御能力及环境胁迫适应性等方面的功能及作用机制,从宿主选择、环境因子以及生物互作3个方面总结了驱动植物微生物群落构建的因素,并着重阐述了植物–微生物互作如何塑造植物微生物群落以及如何调节对植物的有益功能。此外,我们对未来植物微生物组研究和应用面临的挑战进行了展望,如核心微生物组挖掘和合成群落构建,植物–微生物互作的分子调控机制,植物微生物群落水平上的互作机制等。深入理解植物微生物群落特征、生态功能以及构建过程对于精准调控植物微生物组以提高植物适应性和生产力以及维持生态系统健康具有...     

模拟增温及分解界面对茭草凋落物分解速率及叶际微生物结构和功能的影响

挺水植物的凋落物是湿地生态系统物质循环的重要组成部分, 阐明气候变暖以及生境差异对湿地挺水植物凋落物分解过程及叶际微生物的影响对揭示湿地生态系统关键物质循环过程具有重要意义。该研究以滇西北高原典型湿地优势挺水植物茭草(Zizania latifolia)为研究对象, 采用凋落物袋法研究了茭草在模拟增温(1.5-2.0 ℃)及不同生境(大气界面、水界面与土界面)下的质量残留率和叶际微生物数量、结构组成与功能代谢特征。研究发现: 模拟气候变暖及生境差异均显著影响凋落物的分解速率。经过一年的分解, 凋落物在模拟增温环境下的质量残留率为66.4%, 对照组的质量残留率为77.7%, 增温组分解常数(k)值是对照组的1.64倍, 而凋落物在水界面与土界面的质量残留率为42.2%和25.3%, 其k值分别为大气界面的3.63和5.25倍, 生境差异是影响湿地挺水植物凋落物分解速率的关键因素。模拟增温主要改变了凋落物叶际微生物的群落组成特征, 而生境变化主要影响叶际微生物的绝对数量、微生物多样性、群落结构组成以及功能代谢活性。处于土界面的凋落物叶际微生物具有最高的群落功能代谢活性及醇类碳源利用程度。不同处理之间的植物叶际微生物特征与凋落物分解速率具有较好的一致性, 为揭示湿地植物凋落物分解快慢的微生物驱动机制提供了重要的理论依据。     

城市绿地微生物及其对城市化的响应

城市绿地微生物的稳定性是城市绿地发挥其重要生态系统功能的重要因素。人类世时代的快速城市化会改变城市绿地土壤理化性质、输入新兴污染物、加剧微生物生态系统潜在风险、改变微生物群落多样性及生态系统功能多样性,深远地影响了城市绿地的生态系统服务功能。本文综述了城市绿地微生物的特征,以及城市化进程对城市绿地微生物组(包括土壤、植物叶际和空气)、抗生素抗性基因、病原微生物和稀有物种群落的影响。与自然微生物相比,城市绿地微生物普遍具有较高的异质性,受人类活动影响大。同时,抗生素抗性基因水平以及人类致病菌数量则显著增加,体现了城市化对城市绿地生态系统健康和功能的扰动。今后研究中应更加关注城市化对于城市绿地微生物的影响,为其对人群健康影响风险评价提供可靠理论支持。     

植物微生物组的功能及应用研究进展

健康的植物中生活着多种多样但分类学结构不同的微生物群落,它们在所有可接触到的植物组织中定殖.这些微生物群落赋予植物宿主健康优势,包括促进宿主植物生长、营养吸收、抗逆性和对病原菌的抵抗力等.植物菌群及其相互作用具有高度的多样性,多种因素决定着群落的组成和功能.虽然从19世纪开始植物菌群就被人们所认识,但对其功能及应用的相...     

根际微生物组组装与植物健康

土壤微生物拥有高度多样化的群落结构,其通过与植物发生复杂的相互作用影响植物健康,也被称为植物的第二基因组。最近研究表明植物能通过改变根际分泌物的组成影响根际微生物群落的组装,反之,根际微生物群落组成的改变能够通过影响植物营养吸收和抵御生物及非生物胁迫的能力影响植物健康。除此之外,农艺管理也是影响土壤微生物群落组装方式的重要因素。但到目前为止,根际微生物与宿主植物及土壤微生物之间互作机制的研究尚不清楚。本文将从农艺管理和宿主植物对微生物群落组装的影响及根际微生物组对植物健康的影响进行总结,为增加作物产量提供机会。     

北京龙形水系三种沉水植物根际及叶际微生物群落特征

水生植物及植物表面附着微生物在人工湿地水体净化过程中发挥着重要的作用。以北京奥林匹克公园龙形水系为研究对象,通过高通量测序技术,对其底泥、水体及3种沉水植物——苦草Vallisneria natans、狐尾藻Myriophyllum verticillatum、龙须眼子菜Potamogeton pectinatus——的根际及叶际微生物群落的结构及功能进行了研究。结果表明,微生物多样性从高到低分别为底泥样品、植物根际样品、植物叶际样品和水体样品,植物叶际微生物种类要显著高于水体中微生物种类。LEfSe分析结果显示不同生境富集不同的微生物类群,其中底泥主要富集厌氧微生物类群,水体及植物叶际主要富集好氧微生物类群,植物根际则两者兼具。功能预测结果显示植物叶际样品的反硝化标志基因丰度要高于根际样品及底泥和水体样品,且狐尾藻和龙须眼子菜叶际样品反硝化标志基因丰度要高于苦草叶际样品。本研究可以为人工湿地构建时对沉水植物及功能微生物的选择提供指导意义。     

Phyllosphere microbiota: Community dynamics and its interaction with plant hosts

Plants are colonized by various microorganisms in natural environments. While many studies have demonstrated key roles of the rhizosphere microbiota in regulating biological processes such as nutrient acquisition and resistance against abiotic and biotic challenges, less is known about the role of the phyllosphere microbiota and how it is established and maintained. This review provides an update on current understanding of phyllosphere community assembly and the mechanisms by which plants and microbes establish the phyllosphere microbiota for plant health.     

拟南芥与叶际微生物组的互作遗传机制——基于网络作图理论

叶际微生物组对植物的生长发育至关重要,但植物与其定殖微生物组相互作用机制尚不明确。目前植物与微生物互作研究多集中于根际微生物组,对叶际微生物组的研究较少,且这些研究未能从微生物互作的角度探究植物与微生物的相互作用机理。基于网络作图理论,将拟南芥基因组SNP （Single Nucleotide Polymorphisms）分子标记数据与微生物组网络特征值相关联,挖掘影响叶际微生物组网络结构的枢纽基因,以探究拟南芥塑造叶际微生物组网络结构的遗传机制。通过对188株拟南芥及其叶际微生物组数据的分析,识别出四种关系下的中心节点微生物,筛选到622个显著SNP位点。进一步构建了贝叶斯遗传网络,获得26个枢纽基因,这些基因可能参与了植物抗病、激素分泌和生长发育相关的分子途径。本研究从全基因组角度探究植物调控自身微生物组的遗传机制,揭示植物与微生物组如何互作促进植物健康,将为精准分子育种提供理论基础和遗传资源,并为合成菌群用于创制新型菌剂提供数据支持,具有重要的科学意义和应用价值。     

叶际微生物研究进展

植物的叶际是一个复杂的生态系统,微生物的生存环境条件严苛。其可被利用的营养成分较少,温湿度波动大。此外,较强的紫外线辐射对于叶际微生物的生存也有很大影响。但是植物叶际却有着丰富的微生物多样性,其中还有许多有益细菌和真菌。它们通过和植物寄主的互作,改善着叶际微生物的栖居环境;其对植物病原体的拮抗亦可提高植物的抗病性。植物叶际的微生物还可以产生激素以促进植物生长,还有一些微生物可以利用农药等污染有机物作为营养物质,在污染物的环境生物修复方面显示巨大的潜力。此外,叶际微生物作为一种生态学指标在生态稳定与环境安全评价中开始发挥显著的作用。     

Genome‐wide association studies on the phyllosphere microbiome: Embracing complexity in host–microbe interactions

Environmental sequencing shows that plants harbor complex communities of microbes that vary across environments. However, many approaches for mapping plant genetic variation to microbe‐related traits were developed in the relatively simple context of binary host–microbe interactions under controlled conditions. Recent advances in sequencing and statistics make genome‐wide association studies (GWAS) an increasingly promising approach for identifying the plant genetic variation associated with microbes in a community context. This review discusses early efforts on GWAS of the plant phyllosphere microbiome and the outlook for future studies based on human microbiome GWAS. A workflow for GWAS of the phyllosphere microbiome is then presented, with particular attention to how perspectives on the mechanisms, evolution and environmental dependence of plant–microbe interactions will influence the choice of traits to be mapped.     

植物与土壤微生物在调控生态系统养分循环中的作用

陆地生态系统的地上、地下是相互联系的。植物与土壤微生物作为陆地生态系统中的重要组成部分, 它们之间的相互作用是生态系统地上、地下结合的重要纽带。该文首先介绍了植物在养分循环中对营养元素的吸收、积累和归还等作用, 阐述了土壤微生物对养分有效性及土壤质量具有重要的作用。其次, 重点综述了植物与土壤微生物之间相互依存、相互竞争的关系。植物通过其凋落物与分泌物为土壤微生物提供营养, 土壤微生物作为分解者提供植物可吸收的营养元素, 比如共生体菌根真菌即可使植物根与土壤真菌达到互惠。然而, 植物的养分吸收与微生物的养分固持同时存在, 因而两者之间存在对养分的竞争。通过植物多样性对土壤微生物多样性的影响分析, 以及土壤微生物直接或间接作用于植物多样性和生产力的分析, 探讨了植物物种多样性与土壤微生物多样性之间的内在联系。针对当前植物与土壤微生物对养分循环的调控机制的争论, 提出植物凋落物是调节植物与土壤微生物养分循环的良好媒介, 植物与土壤微生物的共同作用对维持整个生态系统的稳定性具有重要意义。也指出了目前在陆地生态系统地上、地下研究中存在的不足和亟待解决的问题。     

The rhizosphere microbiome and plant health

The diversity of microbes associated with plant roots is enormous, in the order of tens of thousands of species. This complex plant-associated microbial community, also referred to as the second genome of the plant, is crucial for plant health. Recent advances in plant-microbe interactions research revealed that plants are able to shape their rhizosphere microbiome, as evidenced by the fact that different plant species host specific microbial communities when grown on the same soil. In this review, we discuss evidence that upon pathogen or insect attack, plants are able to recruit protective microorganisms, and enhance microbial activity to suppress pathogens in the rhizosphere. A comprehensive understanding of the mechanisms that govern selection and activity of microbial communities by plant roots will provide new opportunities to increase crop production.