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本研究针对植物微生物组装配机制这一核心问题，通过温室控制实验和野外调查相结合的方法，揭示了宿主身份（植物物种）和植物功能群对叶际微生物组装配具有最强的影响，而根系和土壤微生物组对宿主选择的敏感性较低。研究发现，宿主系统发育距离与叶际微生物组的Bray–Curtis相异度指数呈显著正相关，且短期水分胁迫对植物微生物群落无显著影响。该研究为理解植物-微生物相互作用及其共进化关系提供了重要的实证证据，并为未来利用植物微生物组改善植物健康和生产力的工具开发奠定了基础。
植物微生物组被视为植物基因组的延伸部分，在调节植物适应性和胁迫耐受性方面发挥着关键功能。植物与其相关的微生物组已经共同进化了数千年，然而，关于植物系统发育对其微生物组产生强烈影响的证据却 largely lacking。特别是在不同的植物生态位（如根、叶）中，微生物群落的差异以及它们对外部刺激的不同响应，由于不同植物组织对外部刺激具有不同的生理和化学反应，这反过来又可能影响微生物组的装配。然而，这些生态因素常常被独立研究，宿主类型和生态位、土壤微生物多样性以及环境胁迫对植物微生物组装配的相对贡献仍然知之甚少。这些知识缺口制约了关于植物-微生物共进化的基础知识进展，也限制了我们利用宿主微生物组改善植物健康和生产力的能力。
为了填补这些空白，研究人员在《Plant and Soil》上发表了一项研究，旨在评估土壤微生物多样性、宿主系统发育亲缘关系、宿主生态位和环境干扰对植物微生物组装配的相对贡献。研究通过温室实验和野外调查相结合的方式展开。温室实验采用了三水平的土壤微生物多样性梯度、来自三个功能群（C3植物、C4植物和C3固氮植物）的五种植物物种以及两个水分可用性水平（干旱胁迫与对照）的全因子设计。研究人员采用了稀释至灭绝的方法来创建土壤微生物多样性梯度，从而在保持土壤非生物性质相对恒定的前提下，仅改变土壤微生物的多样性和组成。
研究的关键技术方法包括：利用16S rRNA基因V5-V6区（引物799F/1115R）和真菌ITS2区（引物fITS7/ITS4）进行扩增子测序；使用DADA2流程对原始测序数据进行生物信息学分析，包括去噪、合并序列、去除嵌合体，并基于SILVA（V138.1）和UNITE（V8.2）数据库对ASVs进行物种注释；使用主坐标分析、PERMANOVA、随机森林分析和SourceTracker等统计方法评估微生物群落结构的影响因素和来源；此外，还利用叶际微生物组数据和植物叶绿体基因组序列，通过系统发育分析探讨了宿主系统发育距离与微生物组Bray–Curtis相异度之间的相关性。
宿主身份和生态位解释植物微生物组装配
研究结果显示，宿主身份和植物功能群对叶际微生物装配的影响最强，而根系和土壤微生物组对宿主选择的敏感性较低。初始土壤微生物多样性和组成显著影响了土壤和根系的微生物组成，但对叶际微生物组没有影响。Principal Co-ordinate analysis表明，土壤初始多样性处理对微生物群落的影响在土壤中最高，其次是根，但对叶际微生物组的影响最小。随机森林建模分析表明，当所有生态位一起考虑时，植物生态位（根和叶）对细菌和真菌的装配有显著贡献，而微生物多样性处理对叶际微生物组没有显著影响。SourceTracker分析进一步揭示了微生物在土壤-根-叶之间的传输动态，土壤是植物微生物组装配的主要微生物库，根是叶际微生物组中细菌和真菌的主要直接贡献者。
叶际微生物组展示出与宿主系统发育的关联
为了确定宿主系统发育与其微生物组之间是否存在关联，研究人员分析了宿主系统发育距离与其叶际微生物组Bray–Curtis相异度之间的相关性。在温室实验和野外数据集中，均观察到了强烈、显著的正相关关系。微生物组层次聚类和宿主系统发育分析揭示了相似的结果，属于同一功能群的植物物种聚集在同一演化支中。例如，苜蓿（固氮植物）与C4和C3功能群的其他四种植物距离较远。宿主系统发育距离与叶际细菌和真菌微生物组的层次聚类均存在强正相关，但在根中未观察到显著相关性。野外调查数据的分析也证实了植物系统发育距离与微生物组群落关系之间存在类似规律。
讨论与结论
该研究揭示了宿主系统发育与其微生物组，特别是叶际微生物组之间存在强烈的关联。宿主植物之间的系统发育距离几乎反映了其微生物组组成的Bray–Curtis距离，为植物与微生物的共进化提供了新的证据。研究表明，植物系统发育距离与不同植物物种微生物组成的差异密切相关，从而为植物与微生物组共进化提供了支持。根据共进化理论，由于共享的进化历史以及其内部化学和物理环境的相似性，亲缘关系密切的植物物种更可能携带相似的微生物组。
研究还发现，尽管存在强烈的植物身份效应，但一些微生物组成员在不同土壤稀释处理和植物物种的叶际微生物组中持续存在，这些被称为“通用型”分类群。另一方面，宿主选择和过滤机制也促进了特定“专性”分类群的定殖。这表明植物内部存在着一个“核心”微生物组，其中既包括通用型也包括专性型分类群。
综上所述，该研究结果表明，叶际和根系内生微生物组的装配主要受宿主身份、宿主选择和宿主介导的过滤机制影响。尽管土壤是微生物招募的主要来源，但土壤微生物多样性和组成对叶际微生物组装配没有显著影响。更重要的是，这些结果提供了宿主系统发育与叶际内生微生物组变异之间存在广泛尺度关系的实证证据，支持了植物-微生物组共进化的理论框架。这些发现显著增进了我们对植物微生物组装配驱动因素的理解，并为未来利用植物微生物组改善植物生产力提供了新的知识。研究指出，未来进行长期的干旱研究可以直接提供关于干旱对植物微生物组装配影响的证据。
