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JIPB | 华南农业大学姚青教授团队揭示叶际关键细菌通过多重机制增强柚子对柑橘溃疡病的抗性

2026-05-14 19:37:23

柑橘溃疡病 (citrus bacterial canker) 是由柑橘黄单胞菌亚种 (Xanthomonas citri subsp. citri, Xcc) 引发的一种全球性柑橘病害。越来越多的证据表明, 植物微生物组对宿主的生长和健康至关重要, 其中关键类群因在微生物稳态中发挥不可或缺的作用而尤为突出。然而, 叶际微生物组中的关键类群如何增强植物的抗病性, 其机制仍不清楚。

近日, 华南农业大学园艺学院姚青教授与广东省科学院微生物研究所朱红惠研究员联合团队在JIPB发表了题为“Keystone taxa of phyllosphere microbiome confer resistance to citrus bacterial canker in pomelo via multiple mechanisms”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.70273)。该研究揭示了叶际微生物组中的关键细菌类群能够通过多重机制 (如抑制病原菌生长、诱导植物免疫和维持细菌群落稳态等) 增强柚子对柑橘溃疡病的抗性。研究主要从以下三个方面开展:

(1) 果园调查与分析: 在两个果园中, 于春夏秋冬四季连续采集柚子叶片, 对24份叶片样品分析细菌群落 (16S rRNA基因高通量测序) 及叶片化学成分 (如总氮、总磷、总钾、铁、硝态氮、铵态氮、糖和游离氨基酸等含量)。研究发现, 夏季柚子叶际的细菌群落与其他三季差异最大; 叶片中游离氨基酸含量是影响叶际细菌群落最主要的驱动因子; 基于模块内连通度和模块间连通度 (Zi-Pi) 分析, 鉴定出5个关键细菌类群, 其中OTU 190和OTU 276为模块中心点 (module hubs), OTU 16、OTU 1612和OTU 3214为连接节点 (connectors) (图1)。此外, 基于相对丰度和出现频率, OTU 16、OTU 190、OTU 1612和OTU 3214也被鉴定为核心类群。

图1 柚子叶际细菌群落的关键类群

(2) 菌株分离与功能评估: 采用高通量分离培养方法, 从32个果园不同季节的柚子叶际分离细菌菌株, 并对其进行功能评估。共分离到587株细菌, 分属于Proteobacteria (233株)、Actinobacteria (224株)、Firmicutes (108株)、Bacteroidetes (17株)和Deinococcus-Thermus (5株) 五个门。结合研究 (1) 的结果, 鉴定出4个关键细菌类群对应的菌株, 分别为OTU16 (Massilia pinisoliD4-39)、OTU190 (Paenibacillus taichungensisj2-7)、OTU1612 (Sphingomonas abaci16-1和Sphingomonas metalliA5-6)和OTU3214 (Methylobacterium phyllostachyosEA5-6和Methylobacterium haplocladiiJ1-2); OTU276未鉴定到对应菌株。随后分别评估了这6株菌的产铁载体能力、平板抑菌效果及叶片上的抑病效果, 发现这些菌株具有不同程度的潜在抗病相关功能 (图2)。随后对细菌进行全基因组测序, 重点分析与抗病相关的关键基因, 发现这些菌株中与次级代谢产物合成 (如铁载体合成相关基因) 及群体感应信号分子 (如c-di-CMP、AI-2和HSLs) 合成与转运相关的基因发挥了重要作用。

图2 柚子叶际分离的关键菌株增强对Xcc的抗性

(3) 合成群落构建与验证: 使用6株关键细菌构建合成群落 (SynCom) 并验证其抗病效果。设置4个处理: 对照组、单接SynCom、单接病原菌 (Xcc)、共接SynCom+Xcc。通过原位观察黄色荧光蛋白标记的Xcc种群数量和叶片病变面积, 发现接种SynCom能显著降低Xcc种群数量、病变叶片面积 (降低83%) 和发病等级 (降低78%)。对叶片防御相关生理生化指标的分析发现, 接种SynCom诱导了叶片胼胝质沉积及防御相关酶 (PPO、POD、PAL) 的活性, 表明SynCom能强烈激活植物对Xcc的免疫反应。进一步对叶片微生物群落进行分析发现, 接种SynCom后, 关键细菌所在属的相对丰度显著增加, 说明SynCom菌株能很好地定殖于叶际。此外, SynCom还增强了叶际细菌网络的稳定性, 其中的关键菌株在叶际中发挥重要的网络连接 (connectors) 作用 (图3)。

图3 关键菌株构建的合成菌群提高柚子叶际细菌群落的稳态

综上所述, 该研究证实叶际微生物组中的关键细菌类群能够通过多重机制 (特别是维持叶际微生物群落稳态) 增强柚子对柑橘溃疡病的抗性 (图4), 为柑橘溃疡病的高效防治提供了理论基础和绿色可持续的防治方法。

图4 叶际关键细菌菌株通过多重机制增强柚子对柑橘溃疡病的抗性

华南农业大学已毕业博士、现任信阳农林学院园艺学院讲师袁伟娜博士和广东省科学院微生物研究所冯曾威副研究员为该论文的共同第一作者, 华南农业大学园艺学院姚青教授和广东省科学院微生物研究所朱红惠研究员为共同通讯作者, 北京大学白洋研究员参与指导了该研究。该研究得到了国家重点研发计划和“十四五”广东省农业科技创新十大主攻方向“揭榜挂帅”项目等资助。

延伸阅读：

JIPB 第九期《学术新生代》特别邀请到该论文的第一作者袁伟娜, 带我们走进科研一线, 讲述该研究背后的心路历程与故事。

🔗点击阅读：| 袁伟娜：于微处求索，以微生物组守护植物健康

文章引用：

Yuan, W., Feng, Z., Zhang, W., Liu, Y., Zhou, Y., Qin, Y., Bai, Y., Zhu, H., Yao, Q. (2026). Keystone taxa of phyllosphere microbiome confer resistance to citrus bacterial canker in pomelo via multiple mechanisms. J. Integr. Plant Biol.https://doi.org/10.1111/jipb.70273

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