本文是一篇综述文章，题为《植物病原学：迈向对微生物组的多维理解》，由Tianxing Lv、Chengfang Zhan、Qianqian Pan、Haorong Xu、Hongda Fang、Mengcen Wang和Haruna Matsumoto共同撰写，发表于2023年6月的《iMeta》期刊上。文章的主要研究机构为浙江大学农业与生物技术学院、浙江省作物病原与昆虫生物学重点实验室以及北海道大学农学研究生院。该研究得到了中国国家自然科学基金、国家重点研发计划、浙江大学全球合作基金等多项资助。
植物微生物组（plant microbiome）是指寄居在植物体内的微生物群落及其产生的分子。近年来，植物微生物组的研究引起了广泛关注，尤其是在全球气候变化和农业生产的背景下，植物微生物组对植物健康和疾病的影响变得尤为重要。传统上，植物微生物组被认为主要通过有益微生物（soterobionts）来增强植物的健康和抗病能力。然而，越来越多的研究表明，植物微生物组中的某些成员也可能成为潜在的病原体，甚至与入侵病原体形成合作关系，促进植物病害的发生和发展。这种与植物病害相关的微生物群落被称为“病原生物组”（pathobiome）。本文旨在探讨病原生物组在植物病害中的作用，并提出通过针对病原生物组的策略来应对植物病害的新思路。
病原生物组的概念与作用
病原生物组是指与植物病害相关的微生物群落，它们通过与入侵病原体的合作，促进植物病害的发生和发展。文章指出，病原生物组的作用不仅限于单一病原体，而是通过多层次的相互作用（如微生物种内、种间和跨界相互作用）来影响植物的健康。病原生物组的形成可能是由自然和人为因素共同触发的，尤其是在全球气候变化的背景下，病原生物组的流行趋势可能进一步加剧。
微生物种内与种间信号系统对植物病原学的影响
文章详细探讨了微生物种内和种间信号系统在植物病原学中的作用。例如，群体感应（quorum sensing, QS）是细菌种内通信的重要机制，通过感知周围群体的密度来调节细菌的生理活动，如运动性、生物膜形成和毒力。此外，种间通信（如群体淬灭，quorum quenching, QQ）也被发现可以干扰病原菌的QS系统，从而抑制其毒力。然而，病原菌与某些微生物成员之间的互利关系仍然是一个未解之谜。
跨界相互作用在植物病害进展中的作用
文章还讨论了细菌与真菌之间的跨界相互作用（bacterial-fungal interactions, BFIs）在植物病害进展中的重要性。例如，某些细菌可以通过物理附着在真菌上，促进其生存和扩散，从而加剧病害的进展。此外，微生物产生的挥发性有机化合物（volatile organic compounds, VOCs）也在跨界相互作用中扮演了重要角色。
多尺度相互作用与病原生物组的致病机制
病原生物组的作用不仅限于微生物之间的相互作用，还涉及植物-微生物、微生物-昆虫以及多营养级网络中的复杂相互作用。文章指出，病原生物组成员可以通过释放效应蛋白（effectors）和小分子毒力因子来操纵植物的免疫系统，从而促进病害的进展。此外，病原生物组还可能通过调控植物挥发物的释放来吸引昆虫媒介，从而促进病原体的传播。
全球变化对病原生物组流行的影响
文章进一步探讨了全球变化（如气候变化和人类活动）对病原生物组流行的影响。全球变暖、极端天气事件以及人类活动（如农业、工业化和环境污染）都可能通过改变植物微生物组的组成和功能，促进病原生物组的形成和流行。例如，高温和干旱胁迫可能导致植物免疫系统的削弱，从而增加病原生物组的丰度。
本文通过对病原生物组的深入探讨，揭示了植物病害发生和发展的复杂机制，提出了通过针对病原生物组的策略来应对植物病害的新思路。这一研究不仅丰富了植物病原学的理论框架，还为农业病害防控提供了新的方向。特别是在全球气候变化和农业可持续发展的背景下，理解病原生物组的形成机制及其对植物健康的影响具有重要的科学和应用价值。
文章指出，当前的病害防控策略主要依赖于单一病原体的防控，但随着病原生物组概念的提出，未来的病害防控需要更加注重微生物群落的整体调控。未来的研究应进一步揭示病原生物组的组成及其作用机制，特别是通过分子水平的理解，开发针对病原生物组的新型防控策略。