微生物组介导的植物抗病性：最新进展与未来方向

作者与发表信息
本文由Yulin Du、Xiaowei Han和Kenichi Tsuda共同撰写，三位作者分别来自中国华中农业大学农业微生物学国家重点实验室、湖北洪山实验室以及深圳营养与健康研究所。论文于2024年10月17日在线发表于《Journal of General Plant Pathology》（2025年第91卷1-17页）。

主题与背景
本文是一篇系统性综述，聚焦植物微生物组（plant microbiome）在植物抗病性中的作用，探讨了微生物组如何通过直接抑制病原体、资源竞争和激活植物免疫等方式增强植物抗病性，并分析了农业实践（如轮作、间作、生物防治等）对微生物组的调控作用。近年来，随着高通量测序技术的发展，植物微生物组被视为植物免疫系统的延伸，但其具体机制和农业应用仍需深入探索。本文旨在整合最新研究进展，为可持续农业中的微生物组管理提供理论依据。

主要观点与论据

1. 植物微生物组决定抗病性
   微生物组通过多种机制保护植物免受病原体侵害：

   • 抑病土壤（disease-suppressive soil）：某些土壤中的微生物群落能显著降低病害发生率。例如，Mendes等（2011）发现，抑病土壤中变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）的丰度较高，其分泌的抗菌分子（如非核糖体肽合成酶NRPS产生的thanamycin）可直接抑制病原真菌Rhizoctonia solani。
     
   • 植物根系分泌物选择性富集有益微生物：植物通过分泌香豆素（coumarins）和苯并恶唑啉酮（benzoxazinoids, BXs）等代谢物招募特定微生物。例如，玉米分泌的dimboa能吸引假单胞菌Pseudomonas putida KT2440，后者通过降解苯甲酸增强植物抗病性（Neal et al. 2012）。
     
   • “求救信号”（cry for help）：病原体入侵时，植物通过改变根系分泌物（如增加柠檬酸和色氨酸）招募有益菌（如Bacillus amyloliquefaciens SQR9），形成抑病微生物群落（Liu et al. 2014）。
     

2. 微生物组促进或引发病害的复杂性
   微生物组并非总是有益：

   • 病原体助手（pathogen helpers）：某些微生物会抑制植物免疫或诱导系统易感性（induced systemic susceptibility, ISS）。例如，真菌Verticillium dahliae分泌的效应蛋白可直接抑制拮抗细菌，促进自身侵染（Snelders et al. 2020）。
     
   • 微生物组失调（dysbiosis）：当植物失去调控微生物组的能力时，共生微生物可能转变为致病菌。例如，拟南芥rbohd突变体因活性氧（ROS）缺失导致叶际微生物组失调，引发病害（Pfeilmeier et al. 2024）。
     

3. 微生物组抑制病原体的机制

   • 直接抑制：微生物通过分泌抗菌分子（如脂肽、硫肽抗生素）或接触依赖性效应蛋白（如VI型分泌系统T6SS）抑制病原体。例如，Streptomyces sp. S4-7产生的conprimycin可抑制Fusarium oxysporum（Cha et al. 2016）。
     
   • 间接激活植物免疫：微生物组通过模式触发免疫（PTI）或诱导系统抗性（ISR）增强植物防御。例如，Bacillus cereus AR156通过下调miR472小RNA解除对NLR基因的抑制，激活水杨酸（SA）和茉莉酸（JA）通路（Jiang et al. 2020）。
     

4. 农业实践调控微生物组

   • 轮作（crop rotation）：增加微生物多样性并减少病原体积累。例如，玉米-花生轮作显著降低花生根腐病发病率，富集拮抗菌Bacillus（Zhou et al. 2023b）。
     
   • 间作（intercropping）：不同作物协同调控微生物组。例如，胡椒-茴香间作中，茴香释放的萜类化合物抑制Phytophthora capsici的游动孢子（Yang et al. 2022b）。
     
   • 生物防治与有机农业：生物有机肥通过改变土壤微生物群落而非直接引入拮抗菌发挥抑病作用。例如，添加Bacillus的生物有机肥可富集土著假单胞菌（Tao et al. 2020）。
     

意义与价值
本文系统总结了微生物组在植物抗病中的核心作用，并提出未来研究方向：
1. 机制研究：需深入解析农业实践与微生物组动态的分子关联，例如PTI和ETI（效应触发免疫）如何协同调控土壤遗产效应（soil-borne legacy）。
2. 技术创新：人工智能（AI）预测模型和合成微生物群落（syncoms）有望成为下一代生物接种剂。例如，机器学习可优化syncom组成以增强病原抑制效果（Emmenegger et al. 2023）。
3. 应用潜力：病毒（如噬菌体尾素tailocin）和真菌病毒（hypoviruses）的农业应用尚未充分开发，例如Sclerotinia sclerotiorum的低毒力菌株DT-8可降低油菜茎腐病发生率67.6%（Qu et al. 2020）。

亮点
- 多维度机制：涵盖微生物组直接抑制、免疫激活及农业调控的完整链条。
- 跨学科整合：结合分子生物学、生态学和农业实践，提出“微生物组管理”框架。
- 前沿技术：强调AI和合成生物学在微生物组工程中的潜力。

本文为利用微生物组实现可持续农业提供了理论支撑和实践路径，是植物病理学与微生物生态学交叉研究的重要里程碑。