《Cell Host & Microbe》叶际微生物群调控叶片生长的遗传密码被破解：开启作物生长调控新视野

为探究叶际微生物群对叶片生长的影响，英国诺丁汉大学的研究人员以玉米为研究对象，发现叶际微生物群可促进叶片生长，且通过调节生长 - 防御权衡机制实现，该成果为作物生长调控提供新方向。

　　

在自然界中，植物与微生物紧密相连，微生物广泛存在于植物的各个部位，对植物的生长发育起着至关重要的作用。其中，叶际微生物群作为植物叶片上的微生物群落，一直以来备受关注。然而，尽管科学家们知道微生物能够在植物叶片上稳定定植，但叶际微生物群究竟如何影响单个叶片的生长，这一问题长期以来却如迷雾般笼罩在科研领域，让众多研究者困惑不已。比如，在不同环境下，叶际微生物群对叶片生长的作用是否相同？它们又是通过怎样的机制来发挥作用的呢？这些问题不仅关系到我们对植物生长机制的深入理解，更对农业生产中的作物栽培有着重要的指导意义。如果能解开这些谜团，或许就能找到提高作物产量和质量的新方法。

为了揭开叶际微生物群影响叶片生长的神秘面纱，英国诺丁汉大学（University of Nottingham）的研究人员勇挑重担，开展了一系列深入且全面的研究。他们将目光聚焦于玉米（Zea mays）这一重要的农作物，通过多方面的实验和分析，取得了一系列令人瞩目的成果。这些成果不仅填补了该领域的知识空白，更为后续的农业生产实践提供了极具价值的理论依据。其研究成果为理解植物与微生物的相互作用以及优化作物生长提供了新的视角，有望为农业生产带来新的突破。

在这项研究中，研究人员运用了多种先进的技术方法。首先，为研究不同土壤对玉米叶片生长的影响，他们精心挑选了来自不同地理位置的三种土壤，包括佛得角圣地亚哥岛的两种土壤以及英国的一种土壤。通过在这些土壤中种植玉米，并测量叶片长度、根干重等生长指标，研究人员对土壤因素进行了深入分析。其次，16S rRNA 基因和内部转录间隔区（ITS）DNA 扩增子测序技术被用于分析根、叶和盆栽土壤中细菌和真菌群落的组成及多样性。此外，转录组分析技术助力研究人员揭示基因表达的变化，从而深入探究叶际微生物群影响叶片生长的分子机制。

研究结果表明：

• 叶片生长受多种因素影响：研究人员通过在不同土壤中种植玉米，发现土壤中的矿物养分可用性并非影响叶片生长的唯一因素，其他生物和非生物环境因素同样起着关键作用。例如，在矿物养分含量差异明显的土壤中，玉米叶片的生长表现却并非完全与之对应。进一步研究发现，不同叶片对外部因素的响应存在差异，早期叶片（如叶 1 和叶 2）生长可能依赖种子储存资源，对外界因素不敏感；而后期叶片（如叶 3、叶 4 和叶 5）的生长则更容易受到外源信号的影响12。

• 叶际微生物群与叶片生长密切相关：通过对细菌和真菌群落的分析，研究人员发现叶际微生物群的组成在不同土壤和叶片年龄之间存在差异。而且，特定的细菌群体与叶片生长促进显著相关，尤其是在年轻叶片中。研究人员通过构建细菌菌株集合进行再定植实验，进一步验证了这一结论。他们发现，接种特定细菌群落的玉米植株，其叶片生长明显优于未接种的对照组34。

• 微生物群通过调节基因网络促进叶片生长：转录组分析揭示了一个与防御相关的遗传网络，叶际微生物群能够通过抑制这个网络来调节生长 - 防御权衡机制，从而优先促进叶片生长。具体来说，微生物群的存在会导致一些防御相关基因的表达受到抑制，使得植物在生长和防御之间做出权衡，将更多的资源分配到叶片生长上。同时，研究人员还发现，这种调节机制在不同年龄的叶片中存在差异，随着叶片年龄的增长，植物对这些基因的抑制能力逐渐减弱56。

• 相关基因在植物生长调控中具有保守活性：研究人员在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中验证了部分在玉米中发现的调控基因的功能。他们发现，一些拟南芥突变体在接种细菌群落后，其地上部分的生长表现出明显变化，这表明这些基因在不同植物中可能具有保守的调控作用。例如，某些突变体在接种细菌群落后，其生长速度明显加快，而对病原体的敏感性也发生了相应的改变78。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了植物如何将叶际微生物群的影响整合到叶片生长程序中的遗传调控机制。叶际微生物群通过抑制一组与防御相关的基因，调节生长 - 防御权衡，在特定土壤中优先促进叶片生长。而且，这种响应的幅度会随着叶片年龄的变化而调整，以保持每个叶片的内源性发育轨迹。这一发现不仅为理解植物与微生物的相互作用提供了新的视角，也为作物生长调控提供了潜在的靶点。在未来的农业生产中，或许可以通过优化叶际微生物群来调控作物的生长和防御，在不影响植物对环境信号响应的前提下，提高作物产量和质量。然而，该研究也存在一定的局限性，如尚未明确叶际微生物群平衡植物生长和免疫系统激活的分子机制及其在不同叶片间的功能差异。但总体而言，这项研究为该领域的未来研究奠定了坚实的基础，开辟了新的研究方向。