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为探究植物如何在遮荫条件下调控叶际微生物组，伦敦皇家霍洛威大学研究人员开展了拟南芥叶际微生物组受模拟遮荫影响的研究。结果表明，模拟遮荫改变叶际细菌微生物组结构和组成，避荫表型植物上有益细菌增多。这有助于理解植物 - 微生物信号传导及农业应用。
在植物的生长过程中，微生物如同忠实的伙伴，与植物紧密相连。植物微生物组涵盖了细菌、真菌等多种微生物，它们存在于植物的各个部位，对植物的健康、生长以及生态系统的稳定都起着至关重要的作用。其中，叶际微生物组虽研究相对较少，但它在抑制植物病害、帮助植物抵御干旱等非生物胁迫方面意义重大。然而，目前人们对于植物如何在不同环境下精准地招募和维持有益微生物，同时抵御压力和病原体的侵害，了解还十分有限。
光是影响植物生长的关键因素之一，植物通过一系列光受体来感知光的各种特性，从而调节自身的生长和发育。当植物感知到周围植被的存在，光的红（R）与远红（FR）比例发生变化时，会触发避荫综合征（Shade avoidance syndrome）。在避荫过程中，植物不仅会调整自身的生长模式，还会改变代谢途径。此前研究发现，避荫时植物叶片中的一些代谢产物会发生变化，这不禁让人猜测，这些变化是否会影响叶际微生物组的组成呢？而且，叶际微生物本身是否也会受到光环境的直接影响？为了解开这些谜团，伦敦皇家霍洛威大学（Royal Holloway University of London）的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Environmental Microbiome》杂志上。
研究人员选用了拟南芥（Arabidopsis thaliana）的野生型（Col - 0）和 phyB - 9 突变体进行实验。实验过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过高通量测序技术对叶际微生物组的 16S rRNA 基因进行测序，从而获取微生物的种类和数量信息；接着利用生物信息学分析手段，对测序数据进行处理和分析，计算微生物群落的多样性指数、进行分类学注释等；此外，还采用了定量分析微生物代谢活动的方法，如测定叶际微生物组的硫酸酯酶活性，以此来反映微生物的代谢情况。
研究结果如下：
- 多样性指数揭示避荫基因型和遮荫处理对叶际细菌微生物组群落的影响：研究人员对三周龄的拟南芥进行实验，一组给予补充远红光处理模拟遮荫，另一组维持在对照白光条件下，随后采集叶际微生物组样本。通过 16S 扩增子代谢条码技术分析发现，模拟遮荫处理的样本中，叶际细菌微生物组的 α 多样性显著增加，这表明遮荫处理改变了微生物群落结构。而 β 多样性分析则显示，野生型和 phyB 突变体植物的叶际微生物组在整体组成上存在显著差异，这说明植物的光受体介导的信号对叶际微生物组组成有影响。
- 避荫植物表型选择特定细菌属并促进其相对丰度：在对微生物进行分类学分析时发现，存在一个由 141 个属组成的核心微生物组，它们在所有样本中都存在。同时，避荫表型的植物会选择特定的细菌属，这些属在避荫植物的叶际中相对丰度显著增加，而在非避荫植物中则较少。
- 特定分类群在丰度上表现出显著的表型特异性增加：从细菌的分类来看，拟南芥叶际中主要的细菌门类为变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）。不过，不同门类细菌的相对丰度会随着植物基因型、处理方式和表型的变化而改变。例如，厚壁菌门（Firmicutes）在 phyB 突变体植物中的相对丰度明显增加，而拟杆菌门（Bacteroidetes）在模拟遮荫处理的植物中相对丰度更高。在属水平上，也有多个属表现出与避荫表型相关的丰度变化。
- 聚类分析表明超过三分之一的核心微生物组分类群对处理、基因型或表型有响应：通过对核心叶际细菌分类群的聚类分析，研究人员发现约三分之一的核心微生物组分类群对处理、基因型或表型有响应。其中，一些分类群在避荫表型植物的叶际中相对丰度增加，而另一些则减少。
- 叶际微生物组的代谢活动对光受体信号有响应：研究人员测定了叶际微生物组的硫酸酯酶活性，以此来反映微生物的代谢活动。结果发现，phyB 突变体植物叶际中的硫酸酯酶活性显著高于野生型植物，这表明光受体介导的信号可以调节叶际微生物组的代谢活动。
综合研究结论和讨论部分可知，模拟遮荫处理显著改变了拟南芥叶际细菌微生物组的结构和组成。避荫反应导致植物代谢变化，进而影响叶际微生物组，同时一些细菌对光环境也有直接响应。而且，避荫表型植物叶际中增多的细菌属大多与促进植物生长、增强植物抗病性等有益特性相关。这一研究成果意义重大，它不仅加深了人们对植物 - 微生物信号传导在塑造叶际微生物组中作用的理解，还为农业生产提供了新的思路。在高密度种植的农业环境中，利用这些研究成果，通过调控叶际微生物组来改善植物对遮荫的适应性，有望减少因资源重新分配导致的作物产量损失，同时减少农药的使用，实现农业的可持续发展。
