New Phytologist | 明尼苏达大学研究揭示植物和土壤微生物群落之间的适应性机制！

土壤微生物群落可以极大地影响植物的生长，物候和繁殖，并且在小空间和大空间尺度上都表现出高周转率。实验越来越多地表明，土壤微生物群落的这种空间变化可能会影响植物和植物的局部适应模式（Science | Leho Tedersoo教授深度解读菌根共生如何驱动植物群落生态！Nature Reviews Microbiology | 植物-微生物互作：从群落组装到植物健康；Nature Ecology and Evolution| 最新研究揭示土壤微生物是外来植物入侵成功的驱动力！eLife | 加拿大蒙特利尔大学研究揭示微生物相互作用影响群落多样性的机制！）。由于快速的气候变化和普遍存在的植物-微生物共生关系，与土壤微生物的相互作用是否会影响植物物种的地理范围边界和同时期范围变化的预测尤其令人关注。

在植物物种的范围内，地理环境的变化可能导致植物种群在本地适应其土壤微生物群落。例如由于病原菌对本地植物基因型的专一性，植物种群可能与当地土壤微生物不适应。在测试植物对土壤微生物的局部适应性时，研究人员要么分离特定的微生物组（例如，菌根真菌，根瘤菌）以用于实验接种，要么采取“全群落”方法。对整个土壤群落进行实验的好处是，它们可以捕获自然界中发生的复杂的正负植物-微生物相互作用网，如果微生物效应取决于微生物群落环境，这一点尤其重要。针对整个土壤微生物群落的温室试验已经显示出植物种群对当地整个土壤群落的适应和适应不良，目前尚不清楚哪种模式在自然界中居于主导地位。

2020年11月，权威期刊New Phytologist发表了明尼苏达大学John Benning和David Moeller团队的研究论文，题为Microbes, mutualism, and range margins: testing the fitness consequences of soil microbial communities across and beyond a native plant’s range，本研究揭示了土壤微生物群落的空间变化对植物物种分布的影响。

植物与土壤真菌和细菌之间的相互作用无处不在，对单个植物的适应性影响很大。然而，土壤微生物群落的空间变化调节植物物种分布的程度仍未得到证实。本研究使用加利福尼亚本地植物Clarkia xantiana ssp，通过对温室和田间植物种群和土壤的互作移植物进行配对，研究了植物微生物互作是否影响植物的地理范围限制，以及植物和土壤微生物群落之间是否存在局部适应性。在大田和温室中，两种范围内接种的其中一种对植物的适宜性有积极的影响。在大田这种好处在范围边缘和以外特别明显，这表明可能存在互利限制。在温室中，外源土壤接种有促进植物生长的趋势，表明微生物天敌的释放超出了土壤接种范围。扩增子测序揭示了跨越范围边界的微生物群落的明显变化。植物扩散超过它们的范围可能会遇到新的微生物群落。本研究结果表明，C. x. xantiana的范围扩大可能是由较少的病原菌促进的，但也可能是由缺乏互惠菌阻碍的。植物微生物的负性和正性相互作用都可能影响到范围变化。

图1 实验的研究区域

图2 田间和温室中接种处理对植物适宜性的影响

图3 根际微生物群落组成

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