ISME | 希伯来大学最新研究揭示植物叶际“外来”和“常驻”微生物的相互作用机制！
植物叶子表面构成了一个巨大的微生物栖息地，栖息着不同的微生物种群，包括细菌、酵母菌和丝状真菌。细菌是叶际微生物群中最丰富的微生物（Nature | 何胜洋/辛秀芳合作揭示植物中维持叶际微生物生态平衡的遗传调控网络）。一个典型叶片的细菌种群由数百种不同的菌纲组成。叶子上的细菌细胞密度可达到每平方厘米约105-106个细胞，既可观察到单个细胞，也可观察到由多个物种组成的聚集体。细菌细胞在叶片表面的空间组织并不均匀，细菌的繁殖与叶片的微观异质性有关。已有研究表明，细菌细胞和聚集体更有可能在叶脉、毛状体基部、气孔和表皮细胞之间的空隙中定殖。由此可见，叶片微观尺度的异质性在决定叶片表面微生物组织方面起着重要作用。然而，细胞与细胞之间的相互作用是否、如何以及在何种空间尺度上影响叶片微生物群细胞的微尺度空间组织还没有得到很好的认识。
绘制微米级和单细胞分辨率的叶片微生物群的空间组织图是一个挑战。迄今为止，它是通过用少量相互作用的荧光标记模型菌株进行叶片接种实验的显微镜来完成的。这种方法揭示了微米尺度上的非随机双物种空间组织。其他研究利用FISH探针分析了叶片上的天然微生物群。这些研究强调了天然叶片微生物群内复杂的种间相互作用，并揭示了种间相互作用的空间尺度，但仍限于较低的分类分辨率。上述研究表明，在微米级的空间尺度上，物种间的相互作用，在叶片上是普遍存在的。然而，即使我们能够准确地绘制自然叶片上细胞的微观尺度组织，也很难评估细胞间相互作用对观察到的空间组织的净贡献是什么，因为叶片表面的异质性可能会掩盖这一信息。
近日，权威期刊The ISME Journal发表了以色列希伯来大学研究人员的最新研究成果，题为“Two-way microscale interactions between immigrant bacteria and plant leaf microbiota as revealed by live imaging”，研究利用活体成像方法探讨了植物叶际移植细菌和常驻微生物群落之间的相互作用是如何影响微生物群落聚集的微尺度空间组织。
植物叶际是重要的微生物栖息地，是各种微生物群落的家园。细菌在叶表面的空间组织是非随机的，而是与叶片的微观特征相关（Nature Reviews Microbiology | 植物微生物互作：从群落组装到植物健康）。然而，其中细菌之间的微尺度相互作用并不十分清楚。本研究探讨了移植细菌和常驻微生物群落之间的相互作用是如何影响微生物群落聚集的空间组织。通过在一个简化的体外系统的活体成像方法，本文研究生防菌假单胞菌A506和植物病原体丁香假单胞菌（分子植物病理学中的十大病原细菌）B728a在引入梨和豆叶微生物区系后在微米尺度上的空间组织。结果发现，这两种移植菌株和常驻微生物在几微米的距离上有明显的共定位有趣的是，这种共定位部分是由于微生物群细胞在新近形成的荧光菌聚集体附近的优先附着所致。结果表明，移植细菌—常驻微生物群的双向相互作用影响了叶片微生物群的微尺度空间组织，也可能影响了其他表面相关微生物群落的微尺度空间组织。
图2 不含微生物群的表面定殖动态
图3 从豆瓣和梨叶中提取的微生物菌群
图5基于配对互相关和最近邻方法的移殖细菌和常驻菌群的空间分析
图6 双向微观相互作用动力学