微生物群落被认为是决定抗生素抗性组的主要因素。这些群落与它们的植物宿主共同进化了超过4亿年，受到诸如植物基因型、年龄、物种等内在因素的影响，同时也受到地理位置、土壤类型、气候以及昆虫食草行为等各种生物和非生物环境因素的影响。其中特别值得关注的是植物遗传变异对微生物群落的影响。例如，全基因组关联研究表明，不同的拟南芥生态型展现出不同的微生物群落组成，而负责植物防御和细胞壁完整性的植物位点会影响叶片微生物群落的变化。在进化和驯化的时间尺度上，植物遗传信息经历功能重排、获得和丧失的过程，这是由旨在增强植物适应性和提高作物产量的自然选择和人工选择所驱动的。这种自然和人工选择作用于植物性状，包括组织结构、生理特征、植物防御机制以及激素信号通路，这些显著地塑造了植物微生物群落并启动了微生物间的相互作用。例如，植物来源的苯并噁唑类化合物可以作为抗生素，对细菌群落施加选择压力。
了解植物遗传信息的变化如何影响与之共同进化的植物微生物群是至关重要的，因为这些变化可以改变微生物群落的组成和功能，进而可能影响抗生素耐药基因的传播。鉴于对抗生素耐药性的日益关注，探索这些遗传相互作用对于制定管理策略和减轻农业生态系统中耐药性扩散至关重要。
2024年7月29日，国际权威学术期刊The ISME Journal发表了中国科学院城市环境研究所朱永官院士团队朱冬研究组的最新相关研究成果，题为Host genetic variation and specialized metabolites from wheat leaves enriches for phyllosphere Pseudomonas spp. with enriched antibiotic resistomes的研究论文。中国科学院城市环境所朱冬研究员为论文的通讯作者。
植物相关微生物群中的抗生素耐药性对农业生态系统和人类健康构成了显著的风险。尽管越来越多的证据表明植物基因型在塑造其微生物群落中扮演着角色，但对于植物遗传信息的变化如何影响与之共同进化的携带抗生素耐药基因（ARGs）的植物微生物群，我们几乎一无所知。在这篇文章中，科研人员选择了16种小麦品种，并通过实验探讨了宿主遗传变异对叶际微生物组、ARGs以及代谢物的影响。科研人员的结果证明，宿主遗传变异显著影响了叶际抗性组。表现出高叶际ARGs的小麦品种与假单胞菌属（Pseudomonas）种群的增加有关，同时伴随着假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）生物膜形成基因丰度的提高。进一步分析来自全球不同生境的350个假单胞菌属基因组揭示，几乎所有菌株在其基因组上都携带有多个ARGs、毒力因子基因（VFGs）和可移动遗传元件（MGEs），尽管这些基因组的核苷酸多样性相对较低。这些发现表明，叶际假单胞菌属的增殖极大地促进了抗生素耐药性的出现。
科研人员还观察到叶部代谢物DIMBOA-Glc上调与假单胞菌属及叶际ARGs富集之间的直接联系，这一点得到了微宇宙实验的支持，实验显示DIMBOA-Glc显著提高了假单胞菌属物种的相对丰度。总体而言，由植物进化过程中的遗传变异导致的叶部代谢物的变化可能会推动高度特化的微生物群落的发展，使其能够富集叶际ARGs。这项研究加深了我们对于植物如何主动塑造微生物群落的理解，并阐明了宿主遗传变异对植物抗性组的影响。
本研究受到了国家自然科学基金（No. 42090063、42207143、42222701）和中国科学院青年创新促进会（No. 2023321）等项目的资助。
