ISME | 美国怀俄明大学揭示稀有内生菌群与优势内生真菌互作影响宿主植物表型！

植物与生活在叶片、根、茎和其他组织中的众多真菌和细菌密切相关（Nature | 年度重磅合集：植物微生物组！Nature Reviews Microbiology | 植物-微生物互作：从群落组装到植物健康；Current Opinion in Plant Biology | 德国马普所综述微生物组-根-茎-环境与植物胁迫的关联！）。这些被称为内生菌的微生物普遍存在，并存在于所有主要谱系植物宿主中（了解内生菌及其在生活中的应用；Plant Cell | 外包运输：通过内生真菌转运硫可改善玉米生长！Nature Plants | 奥地利格拉茨工业大学与浙江大学揭示种子内生菌影响水稻抗病性！）。在过去的20年中，很明显的是，优势内生菌群会产生巨大的生态后果-这一发现在调控多年生草中垂直传播的真菌丰度的研究中得到了很好的证明。例如，这些真菌可以影响植物的演替轨迹，重塑与宿主相关的节肢动物群落，并介导宿主的繁殖输出。相比之下，稀有内生菌的生态作用在很大程度上未被研究，尽管事实是这些稀有生物群落构成了内生菌组合中存在的大部分生物多样性。在这里，科研人员操纵生活在多年生禾本科植物内的稀有和优势内生菌来表征这些类群如何相互作用和影响宿主表型。

大多数内生菌通过降雨、气流或节肢动物在成熟宿主之间水平传播，仅在几立方毫米的宿主组织内定殖。由于这些稀有生物分类的生物量较低，因此很容易低估它们的重要性。但是，来自大型生物群落生态学的例子表明，尽管相对较低的丰度，某些“基石”物种仍可以在整个群落内发挥影响。稀有内生菌可以通过几种机制充当关键物种，包括影响宿主表型，将低浓度化合物分解代谢为其他微生物类群所需的产物或合成有效的生物活性化合物。

2021年3月15日，权威学术期刊ISME发表了美国怀俄明大学Joshua  Harrison和内华达大学Matthew Forister团队的最新相关研究成果，题为A suite of rare microbes interacts with a dominant, heritable, fungal endophyte to influence plant trait expression的研究论文。

内生菌是至少在其生命史中一部分生活在植物组织中的微生物。内生菌群通常由一些丰富的分类单元和许多不经常观察到的低生物量分类单元组成，总之，它们是稀少的。大多数内生菌影响宿主表型的方式尚不清楚。但是，某些优势内生菌可以以生态上有意义的方式影响植物，包括影响生长和免疫系统功能。相反，还没有探索稀有内生菌对其宿主的影响，包括稀有内生菌如何与丰富的内生菌相互作用形成植物表型。本研究在Astragalus lentiginosus前叉叶中操纵一组罕见的叶际内生菌（包括真菌和细菌）和Alternaria fulva（一种垂直传播且通常是丰富的真菌）。结果显示稀少的低生物量内生菌会影响宿主大小和叶面％N，但仅当不存在可遗传的内生真菌（A.fulva）时才如此。A. fulva还减少了植物大小和％N，但对宿主的这些有害影响可能被在这种可遗传真菌和叶际病原菌之间观察到的负相关性所抵消。这些结果证明了内生菌群之间的相互作用如何决定对宿主植物的净效应，并表明植物叶片内的无数稀有内生菌可能不只是无影响的共生生物的集合，而是具有有意义的生态作用。

图1：各处理组之间的Astragalus lentiginosus特征性状的变异

图2：处理对Astragalus lentiginosus中微生物组的影响

图3：微生物多样性受到处理的影响

图4：该实验中存在的大多数微生物多样性为低丰度

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