【Science】突破！微生物群落帮助植物面对气候变化！

2023年5月25日，Science在线发表了美国威斯康星大学Richard A. Lankau团队题为“Shifting microbial communities can enhance tree tolerance to changing climates”的研究论文。微生物群落是否可以帮助植物适应环境气候的变化？该研究发现并证实，接种来自干燥、高温或寒冷地点的微生物群落可帮助树苗在相关胁迫条件下表现出更高的存活率，且这些接种的微生物在种植3年后的植物树根中仍可以被检测到；对提高森林对气候变化的耐受能力，从而应对全球性气候变化提供了新的见解和策略。

DOI: 10.1126/science.adf2027

全球性气候变化给物种的生存带来了前所未有的挑战；研究预测，因为气候变化，约16%的物种将在下个世纪面临灭绝。与动物不同，植物无法通过迁移来改善所处的环境条件；但植物拥有各种真菌和原核生物组合的复杂群落。这些微生物生活在植物的根、茎、叶和花的表面或内部，可能为植物的气候耐受性提供替代途径。几乎所有树种都与菌根真菌（AM或EM）形成密切的关联，这些根际和内生微生物可增强植物对冷、热和干旱等胁迫的耐受性。例如，土壤中菌根真菌的菌丝网络可以获取根际以外的水分和养分，以交换光合碳化物，从而提高真菌和植物的适应性。

为了了解微生物群落的地理差异如何影响树木对气候变化的响应，该研究首先收集了来自温度和降水梯度的12个地点的微生物群落。然后，分别在自然条件和温室中给树苗接种这些微生物群落，并测试树木在不同胁迫条件下的存活、生长和根际真菌组成。结果显示，来自寒冷、炎热或干燥胁迫下的土壤微生物群，可分别在相应条件下更好地提高树木的存活；表明土壤和根系微生物群落可作为提高森林气候耐受性的替代途径（Figure 1）。

值得注意的是，尽管有本地真菌可供替代，该研究发现至少一些来自初始接种的真菌类群能够在幼苗根部持续存在3年以上，比如有益的菌根真菌仍可以在树木的根部检测到。这些结果表明，对重新植被的植物进行预接种是恢复微生物群落及其功能的可行途径；通过微生物群落的气候历史，可用来预测增强植物耐受性的能力（Figure 2）。

那么，胁迫如何启动根际微生物群以改善植物的耐受性？该研究发现，微生物介导的耐热和耐旱性似乎直接或间接与丛枝菌根真菌的多样性有关。这一结论主发依赖于三个观察结果：一、AM真菌的多样性在更干旱地点的初始接种土壤中更高，AM相关幼苗的根部即使在田地生长三年后仍具有更高的多样性，但这些在EM 相关幼苗中表现不明显；二、接种物来源中AM真菌多样性更高的微生物往往在干旱处理中具有更高的幼苗存活率；三、温室实验同样证实，AM相关幼苗在高温干旱胁迫下的生长与土壤接种物中的AM真菌多样性呈正相关（Figure 3）

但是，树木的耐寒性表现出与较低的真菌丰度有关；研究人员推测，这可能反映了树木对具有不适应性的真菌类群的减负。

综上所述，该研究证实通过接种来源于不同环境胁迫下的微生物群落可提高树苗在对应胁迫下的存活率；其中，微生物介导的耐热和耐旱性与丛枝菌根真菌的多样性有关，而耐寒性却与真菌丰度的降低相关。这些结果表明，通过调控土壤微生物群落可提高森林对全球性气候变化的耐受性，为植物应对全球性气候变化提供了新的见解和策略。

来源：MP植物科学

转自：“iPlants”微信公众号

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