文 |璐璐有话说

编辑 |璐璐有话说

引言

叶层微生物是植物叶片表面上广泛存在的微生物群落，与植物的生长发育和免疫系统密切相关，本文研究的目的是探究细胞分裂素可能参与的分子机制，特别关注可能的叶层微生物-植物互作信号通路和调控因子，评估细胞分裂素是否通过调节叶层微生物的代谢产物、信号分子等化学因子，从而影响植物的抗病性。

研究表明，细胞分裂素可能影响叶层微生物的组装，促进某些微生物的生长和繁殖，导致微生物群落的结构变化，这一发现初步揭示了细胞分裂素如何驱动叶层微生物的组装，并通过结构和化学机制促进植物抗病性，为深入理解细胞分裂素在植物-微生物互作中的作用机制提供了初步证据。

微生物群落受到的影响

为了评估改变的细胞分裂素谱对叶片微生物群落的影响，我们从M82背景系中随机穿插的番茄植株叶片中提取微生物DNA，此外，我们还从冬季在网屋中生长的改变的CK基因型pBLS>>IPT、clausa和pFIL>>CKX中制备了微生物DNA，关于先前描述的CK含量和这些基因型对植物发育的影响的详细信息在“方法”部分有提供。

通过使用加权UniFrac距离评估样本之间的群落结构，我们发现基于基因型的样本显著聚类，表明组内生物学重复之间的距离明显小于组间距离。

有趣的是，与WT M82和CK缺陷pFIL>>CKX相比，富含CK的pBLS>>IPT和CK超敏clausa在重复之间的群落组成变化显著较小，表现出每组生物学重复之间的较低距离，pBLS>>IPT和clausa样本之间群落组成的同质性较高，表明相较于WT和pFIL>>CKX，这些基因型对群落组成有更高的约束。

考虑到我们观察到高内源性CK含量会影响叶片微生物群落组成，我们继续研究外源性CK处理是否会产生类似的效果，我们从随机散布的WT M82植株的叶片中提取了微生物DNA，这些植株在冬季在网屋中经过了CK化合物处理，使用加权UniFrac β多样性分析显示，组内距离显著小于组间距离。

尽管与未处理的对照相比，外源性CK处理并没有显著增加重复之间的相似性，但与富含CK或CK超敏基因型中观察到的情况类似，它显著增加了群落的丰富度和香农指数，相较于模拟处理的植物，与在CK改变的基因型中观察到的类似结果一致。

高CK含量或高敏感性促使厚壁菌相对含量增加，而变形杆菌相对含量降低，细菌群落中厚壁菌的平均比例在外源性CK处理时增加，而变形杆菌的平均比例在外源性CK处理时降低。

内源性CK无菌条件下的促进作用

接下来，我们对具有高内源性CK含量或敏感性基因型的植物是否也能支持合成群落中的厚壁菌进行了研究，我们在无菌条件下种植具有改变CK基因型的植物，然后接种了包含代表性OTU的形态可识别细菌的合成群落。

这些杆菌是从富含CK的植物基因型叶片中分离得到的，我们构建了两个不同的合成群落，具体请参阅“方法”部分，每种细菌以1：1：1：1：16的比例接种到植物中，然后在接种后的三周内检查群落组成。

无菌接种的结果基本上验证了之前的16S rRNA测序结果，即具有高内源性CK含量的pBLS>>IPT和CK超敏突变体clausa相对于WT M82或CK缺陷pFIL>>CKX，支持更多的革兰氏阳性杆菌，在pBLS>>IPT基因型的两个合成群落和clausa的合成群落＃1中，植物上的总细菌CFU也增加，合成群落的结果证实，富含CK的植物基因型能够更好地支持杆菌的生长。

在我们和其他研究人员的先前工作中，已经研究了CK介导的植物免疫响应，主要关注对攻击空气部分的植物组织的细菌和真菌病原的响应，最近的研究表明，免疫促进的革兰氏阳性杆菌在叶状层中发挥了关键作用，然而，微生物群落在CK介导的植物免疫中的作用尚未清楚，因此，我们进一步检查了CK介导的植物免疫在无菌和非无菌条件下的效果。

我们发现，在自然和无菌条件下，CK均降低了灰色芽孢杆菌病的发生，然而，在无菌条件下，这种减少更为显著，在土壤中生长的植物中，疾病减少了近50%，而在经过CK处理的植物中，这一减少幅度仅约为20%，这表明微生物群落可能影响CK介导的疾病抑制程度。

正如我们先前报道的，pBLS>>IPT和clausa基因型在受到灰色芽孢杆菌感染时表现出更低的疾病水平，与无菌处理疾病结果一致，我们发现这些基因型在土壤条件下也表现出较低的疾病水平，在无菌和土壤条件下，灰色芽孢杆菌引起的疾病水平相似。

然而，在无菌条件下，CK处理后或经过CK基因型改变后的疾病减少幅度显著降低，这表明需要微生物群落的存在才能完全发挥CK介导的疾病抑制作用，以及可能还涉及CK调节微生物群落的生长。

结论

研究结果表明，细胞分裂素可能通过影响叶层微生物代谢产物、信号分子等化学因子，调控植物的免疫反应和抗病性，通过元基因组和代谢组分析，我们初步揭示了细胞分裂素在叶层微生物-植物互作中的潜在作用机制，涉及可能的信号通路和调控因子。

参考文献：

阿塞德·雷尔，《附生细菌群落的驱动因素：综述》

沃克兰·格兰布莱德，《细胞分裂素：一个发展中的故事》

斯塔利克，《番茄叶发育中的激素》