葡萄微生物组流行病学：揭示抑制葡萄霜霉病的微生物群落及其防控意义

《Environmental Microbiome》：Revealing microbial consortia that interfere with grapevine downy mildew through microbiome epidemiology

为解决化学农药对环境和人类健康的负面影响问题，研究人员开展了葡萄和土壤微生物群落与葡萄霜霉病（Plasmopara viticola）长期流行病学记录关系的研究。结果发现特定微生物类群与低发病率和严重程度相关，土壤微生物群落能更好预测病情。该研究为生物防治提供资源123。

　　葡萄，这种在全球广泛种植的水果，不仅为人们带来了美味的葡萄酒和新鲜的果实，还在农业经济中占据着重要地位。然而，葡萄霜霉病却如同葡萄种植产业的 “噩梦”，严重威胁着葡萄的产量和质量。葡萄霜霉病由卵菌（Oomycete）中的葡萄生单轴霉（Plasmopara viticola）引起，是一种极具破坏力的植物病害。在过去，人们主要依赖化学农药来对抗它，可化学农药在杀灭病菌的同时，也给环境和人类健康带来了沉重的负担，比如污染土壤、水源，危害非靶标生物，长期接触还可能对人体造成各种健康问题。因此，寻找一种绿色、可持续的防治方法迫在眉睫。

在这样的背景下，来自法国多个研究机构（INRAE、Bordeaux Sciences Agro、ISVV、SAVE 等）的研究人员展开了一项具有重要意义的研究。他们将目光聚焦于植物和土壤微生物群落，试图揭示这些微生物与葡萄霜霉病之间的神秘关系，研究成果发表在《Environmental Microbiome》杂志上。

研究人员采用了多种技术方法来深入探究这一问题。首先，通过对法国波尔多地区葡萄园的长期流行病学记录进行分析，精心挑选出 7 对霜霉病发病率和严重程度对比明显的葡萄园地块作为样本队列。然后，在两年时间里，对这些地块的幼叶和表层土壤进行采样。在实验室中，运用代谢条形码（Metabarcoding）技术对微生物群落进行测序分析，测定真菌和细菌群落结构；利用数字滴液 PCR（ddPCR）技术对土壤中的霜霉病接种体进行定量；借助随机森林（RF）算法评估微生物群落组成对霜霉病发病率和严重程度的预测能力。

在研究结果部分，首先是葡萄园地块的选择与特征分析。研究人员基于霜霉病的流行病学记录，挑选出位于法国西南部不同葡萄酒产区的 7 对葡萄园地块。这些地块在葡萄品种、管理方式和地理位置上相近，但霜霉病的发病情况差异显著。通过计算疾病进展曲线下面积（AUDPC）发现，低发病率和严重程度地块的 AUDPC 值明显低于高发病地块，且这些地块的数值处于 1200 个监测地块的常见范围而非极端值456。

接着是关于霜霉病接种体与微生物群落的关系。研究发现，基于叶片和果穗症状分类为低发病率和严重程度的地块，其表层土壤中 P. viticola DNA 浓度显著更低。同时，前一年接受过杀菌剂处理的地块区域，表层土壤中 P. viticola DNA 浓度也更低，地块边缘采集的样本中该浓度低于地块中心。并且，2022 年土壤中的 P. viticola DNA 浓度高于 2023 年78。

在微生物群落组成方面，研究人员发现表层土壤、叶际和叶内的微生物群落组成存在明显差异，且这种差异在不同年份保持一致。土壤理化性质和天气对微生物群落组成的影响比葡萄品种和管理实践更为显著。杀菌剂处理会降低微生物多样性，而地块边缘效应则会增加微生物多样性91011。

对于微生物多样性与霜霉病的关系，研究结果显示，微生物多样性与霜霉病发病率和严重程度之间并没有很强的关联。2022 年，叶际和叶内真菌群落多样性在低发病地块较高，但 2023 年并未呈现出这种趋势，且土壤微生物群落多样性在不同年份的表现也不一致12。

在特定微生物类群的研究中，研究人员发现低发病率和严重程度地块中存在更多特定的微生物类群。2022 年，共鉴定出 241 种真菌和 462 种细菌的扩增子序列变体（ASVs）在低发病地块中显著富集，2023 年也得到了类似结果，且部分 ASVs 在两年的数据中都被检测到，表明结果具有一定的可重复性。此外，在土壤中 P. viticola DNA 浓度较低的区域，也发现了更多特定的微生物类群1314。

最后是微生物群落对霜霉病的预测能力分析。研究表明，基于微生物群落数据可以预测葡萄霜霉病的发病率和严重程度。利用 2022 年表层土壤样本训练的 RF 算法，对同年其他表层土壤样本的预测误差率低至 15%，对 2023 年样本的预测误差率为 6%。令人惊讶的是，表层土壤真菌群落的预测能力优于叶际和叶内微生物群落1516。

综合研究结论和讨论部分，该研究首次揭示了植物病害流行病学与宿主微生物组之间的关系。研究人员通过分析健康植物的微生物组，发现土壤微生物组能够准确预测葡萄霜霉病的发生情况，这为病害监测提供了新的思路。同时，研究还鉴定出了一些具有生物防治潜力的细菌和真菌类群，它们可能通过干扰病原菌的有性或无性阶段来抑制霜霉病，为开发更环保的生物防治策略提供了有价值的资源。此外，研究还发现葡萄园管理实践，如减少杀菌剂使用、合理利用地块边缘效应等，有助于调节微生物群落，提高微生物多样性，从而可能增强葡萄园对霜霉病的抵抗力。这项研究为葡萄霜霉病的防治开辟了新的方向，有望在未来减少化学农药的使用，实现葡萄种植的可持续发展。