Nature Communications | 研究揭示叶际共生细菌在植物中的动态性状替换机制！

在自然种群中产生和维持遗传和表型变化的机制是生态学和进化的核心。性状替换，即竞争物种的进化分化，在多样化群落的组合中起着基本的作用。同类物种竞争同一组有限的资源，因此自然选择可能有利于其使用的多样化。因此，可能会出现替代资源被利用的表型，从而减少对营养物质的竞争。一旦在生态位空间中分离，一个物种可能会改变环境，直接或间接地提高自己的生长和生存。因此，通过增加获得限制性资源的机会等机制，改变了物种间的竞争互动，这反过来又对生物多样性和流行性产生影响。

2022年5月20日，国际权威学术期刊Nature Communications发表了瑞士苏黎世联邦理工学院Julia Vorholt（Nature Microbiology | 研究揭示拟南芥叶片微生物群对抗病原细菌的保护作用！Nature Microbiology | 背靠背！苏黎世联邦理工学院研究揭示植物微生物群落稳态机制！Nature Plants | 不同威胁，相同反应！苏黎世联邦理工学院揭示植物免疫的普遍非自身反应！PNAS | 苏黎世联邦理工学院研究揭示土壤微生物变化对植物器官微生物群落的影响！）团队的最新相关研究成果，题为Dynamic character displacement among a pair of bacterial phyllosphere commensals in situ的研究论文。

在资源有限的环境中，物种之间的差异促进了稳定的共存。这些差异可能来自于物种间的竞争，导致性状转移，这一过程被称为性状替换。虽然性状替换通常被解释为物种间遗传固定性状差异的结果，但它也可以由表型可塑性来介导，以应对另一个物种的存在。在这篇文章中，科研人员测试了表型可塑性是否会导致两个细菌物种在自然栖息地中共同出现时蛋白质组分配的转变，这两个细菌物种来自丰富的叶部定殖菌Sphingomonadaceae和Rhizobiaceae。在单独定殖时，两个物种都表现出特定的和共享的蛋白质功能，表明生态位重叠。在共同定殖过程中，由于细菌在植物中的共存，两个细菌种群的蛋白质组发生了数量上的差异。具体来说，Sphingomonas菌株产生木聚糖的代谢酶，而Rhizobium菌株则将其代谢重新规划为通过乙醛酸循环驱动的脂肪酸的β-氧化，并调整其生物素获取。科研人员通过诱变来证明跨物种促进的条件相关性，导致在植物中的竞争中丧失适应性能力。科研人员的研究结果表明，由表型可塑性介导的动态性状替换和生态位促进作用可以促进物种共存。

图1：定殖植物的细菌在单独联合和共存时对生态位的占用情况的概念性概述

图2：拟南芥共生后定殖潜力和蛋白质组的变化

图3：Sphingomonas Leaf257利用植物衍生的木聚糖

图4：Rhizobium Leaf68突变体在植物中的特征

图5：植物内生物素回补试验和与Sphingomonas Leaf257的相互作用

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