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在植物叶际微生物群落研究中，宿主选择对群落组装的影响尚不明确。怀卡托大学研究人员以新西兰本土植物为对象，研究宿主物种身份和随机扩散的影响。结果发现宿主选择对不同植物叶际微生物群落影响不同。该研究为理解植物与微生物关系提供新视角。
在神秘的植物世界里，叶子表面并非一片 “净土”，而是生活着各种各样的微生物，这些微生物组成的叶际微生物群落（phyllosphere microbiome），如同隐藏在植物背后的神秘 “小伙伴”，对植物的健康成长起着至关重要的作用。它们有的能帮助植物抵抗疾病，有的能助力植物获取营养。然而，目前对于叶际微生物群落的研究存在诸多问题。一方面，“叶际” 这个概念在使用上十分宽泛且不一致，导致研究结果难以比较和推广。另一方面，虽然有研究表明宿主选择可能在叶际微生物群落组装中起作用，但它是否是普遍存在的驱动力还不清楚。此外，微生物在叶际间的扩散规律也有待进一步探索。正是在这样的背景下，为了深入了解叶际微生物群落组装的奥秘，来自新西兰怀卡托大学（University of Waikato）的研究人员展开了一项极具意义的研究。
研究人员以新西兰本土的麦卢卡树（Leptospermum scoparium，俗称 mānuka）以及三种与之相邻且生态和形态相似的非麦卢卡植物为研究对象，沿着一条 1800 米的样带进行采样研究。他们提出了一系列问题，例如叶际细菌分类群是否在麦卢卡和相邻植物的叶际微生物组间随机扩散，麦卢卡叶际微生物组是否被特定细菌群落定植等。该研究成果发表在《Microbiome》杂志上。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是样本采集技术，在 2021 年夏天，他们从麦卢卡和三种相邻非麦卢卡植物上采集分支和表面土壤样本，确保样本的代表性和一致性。接着是 DNA 提取、扩增和测序技术，通过特定的方法提取叶际微生物和土壤微生物的 DNA，并对 16S rRNA 基因的 V4 - V5 高变区进行扩增和测序，以获取微生物的基因信息。最后是数据分析技术，利用 R 语言中的多个包进行多样性分析、差异分析等，从而深入探究微生物群落的特征和变化规律。
研究结果如下：
- 局部扩散模式差异：通过分析微生物分类群的出现概率和分布，研究发现麦卢卡和非麦卢卡植物叶际微生物群落间的局部扩散模式存在差异。例如，相比随机分布，更多的 ASV（扩增子序列变异）在单个微生物组或所有六个微生物组中被观察到，这表明存在植物间的扩散现象。而且，麦卢卡叶际微生物组间的扩散效应比非麦卢卡植物更显著，多数共享的 ASV 更倾向于在麦卢卡中出现。
- 麦卢卡叶际核心菌群优势：研究人员利用 100% 流行率的方法确定了各植物的核心微生物组。在麦卢卡叶际微生物组中，鉴定出 280 个核心 ASV，这些核心菌群在麦卢卡和卡努卡（Kānuka）中的相对丰度较高，且麦卢卡有 63 个独特的核心 ASV，而相邻植物的核心微生物组中很少有独特的 ASV，大多与麦卢卡共享。
- 叶际群落组成因宿主而异：不同宿主植物的叶际微生物群落组成存在显著差异。在门水平上，有 6 个门的相对丰度在不同宿主间存在显著差异；在 ASV 水平上，通过 ANOSIM 和 PERMANOVA 分析发现，宿主物种身份能解释 26% 的叶际群落结构变异，且麦卢卡和卡努卡的叶际群落变异较小，而塔维尼维尼（Tawiniwini）和托阿托阿（Toatoa）的变异较大。
- 群落组装机制的宿主差异：利用归一化随机比率（NST）指数量化群落结构的随机性，发现所有宿主植物叶际微生物组的组装总体上是确定性的，但麦卢卡和卡努卡的 NST 值显著低于塔维尼维尼和托阿托阿，表明宿主选择对群落结构的影响在不同植物间存在差异。
- 叶际微生物组的距离衰减关系：通过 Mantel 检验研究群落差异与距离的关系，发现总体上叶际群落差异与距离无明显关系，但在麦卢卡、塔维尼维尼和托阿托阿的高丰度群落成员中存在显著的距离衰减关系。
- 表层土壤与叶际微生物组的差异：研究人员采集表层土壤样本进行分析，发现表层土壤微生物组与叶际微生物组截然不同，两者在群落丰富度、多样性和共享 ASV 数量上都存在差异。
研究结论和讨论部分指出，宿主选择和随机扩散等过程共同影响叶际微生物群落的组装，但不同植物受两者的影响程度不同。麦卢卡叶际微生物组受宿主选择的影响较大，呈现出独特且稳定的群落组成；而相邻的非麦卢卡植物叶际微生物组则更多地受随机扩散的影响，群落组成更具随机性。此外，研究还发现麦卢卡可能作为微生物源，为相邻植物提供特定的微生物。这一研究成果强调了在研究叶际微生物群落时，需要使用明确的术语、精心设计的采样方案和可证伪的假设，为进一步研究植物与微生物的关系提供了新的视角和思路，有助于深入理解自然环境中叶际微生物群落的组装机制，为农业生产、生态保护等领域提供理论支持 。
