白粉病是一种影响广泛植物种类的真菌病害。为了评估其对冬青卫矛（Euonymus japonicus）叶际（phyllosphere）微生物组的影响，研究人员采用高通量测序平台分析了感染与未感染微生物组中16S rRNA、ITS（Internal Transcribed Spacer，内部转录间隔区）和nifH基因谱系的变异。结果显示，健康叶片的细菌总多样性（Shannon指数）相对较高，而感染叶片则显示出真菌和固氮细菌（Nitrogen-Fixing Bacteria, NFB）亚群的多样性增加。然而，包括泛菌属（Pantoea）、假单胞菌属（Pseudomonas）、链格孢属（Alternaria）、Filobasidium属、枝孢霉属（Cladosporium）和Skermanella属在内的若干微生物属的丰度在感染白粉病的叶片上显著增加。这些发现表明微生物群与白粉病病原菌之间可能存在特定的种间关系（如竞争、共栖或互利共生）。本研究揭示了冬青卫矛感染白粉病后叶际微生物群落的演替，并确定了多个与病原菌显著相关的微生物类群（如假单胞菌属等）。这些类群可作为潜在的拮抗或生物防治（biocontrol）剂资源，用于后续的功能验证与开发。
该研究论文发表于《Ecological Frontiers》（生态学前沿），主要探讨了白粉病对常见绿化植物冬青卫矛（Euonymus japonicus）叶际微生物群落结构及功能的影响。目前，关于根际微生物的功能已有广泛研究，但有关叶际（phyllosphere）微生物的知识仍相对有限。白粉病是由专性活体营养型病原真菌（如Erysiphe sp.）引起的严重病害，在春秋季高发，会导致叶片光合作用受损、卷曲、提前落叶及生长受阻，并可能影响植物滞尘和缓解空气污染物的生态功能，甚至对人类具有潜在致敏风险。因此，开发有效的管理策略以控制该病害的传播迫在眉睫。尽管已有研究指出叶际微生物群落受植物性状、季节、地理位置及病害等因素影响，且部分研究探索了细菌与真菌群落结构的变化，但关于功能群——特别是固氮细菌（Nitrogen-Fixing Bacteria, NFB）在白粉病感染下的响应仍不明确。研究人员假设在病原菌胁迫下，叶际可能会选择性富集具有额外植物有益特性（如拮抗病原菌）的固氮细菌类群，识别此类多功能微生物有助于揭示植物-微生物-病原菌互作的关键角色，并为可持续病害管理提供候选生物防治资源。
为开展此项研究，研究人员于2019年6月在北京中国科学院半导体研究所绿化带采集了感染白粉病的冬青卫矛叶片（DQY组）与未感染的健康叶片（DQN组），每组设3个平行样本（各15 g）。通过超声振荡与震荡洗脱法获取叶际微生物，使用0.22 μm尼龙膜过滤收集微生物细胞，并利用Fast DNA Spin for Soil kit提取总DNA。研究人员针对细菌的16S rRNA基因V5-V6区、真菌的ITS（Internal Transcribed Spacer）区以及固氮细菌的nifH基因，分别使用799F/1115R、ITS1F/ITS2R和polF/polR引物进行PCR扩增，随后在Illumina MiSeq PE250平台进行双端高通量测序。数据分析在Majorbio I-Sanger云平台及R软件等环境下进行，包括基于97%相似度聚类生成操作分类单元（Operational Taxonomic Units, OTUs），计算α多样性（Shannon、Sobs、Chao1、Heip指数）与β多样性（基于Bray-Curtis距离的PCoA分析），并进行 taxonomic注释（使用SILVA、FUNGuild、FAPROTAX数据库）及KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）功能预测，统计差异采用ANOVA或Student's t检验。
研究结果如下：
3.1 α多样性指数：经过标准化抽取序列深度后，细菌、真菌和固氮细菌分别获得31,764条、33,584条和9,877条序列。健康叶片（DQN）细菌群落的Shannon指数（2.65）和Sobs（371）高于感染叶片（DQY，分别为2.34和277），表明白粉病感染降低了细菌多样性与丰富度，但群落均匀度（Heip）无显著变化。真菌群落方面，DQY的Shannon指数（1.72）和Heip指数（0.11）显著高于DQN（1.11和0.05），而Sobs略有下降（43 vs 47），说明感染提高了真菌多样性和均匀度但略降丰富度；这种差异可能与本研究中白粉病严重程度处于中等水平（病原菌Erysiphe属占39%，健康叶中未检出）有关，符合真菌多样性随病害加重呈先升后降的趋势。固氮细菌群落在DQY中的Shannon（3.76）、Sobs（255）、Chao1（279）均高于DQN（2.76、199、222），仅Heip指数的增加具有统计学意义，表明感染主要改变了固氮细菌的分布均匀度。
3.2 Beta多样性：基于Bray-Curtis距离的PCoA分析显示，白粉病感染解释了细菌群落组成总变异的48.15%，真菌达95.8%，固氮细菌为33.78%。这表明真菌群落对中度白粉病感染最为敏感，组内变异最小且组间差异最大，而细菌和固氮细菌群落也发生了显著重构。
3.3 序列变体及优势属：
3.3.1 细菌序列：门水平上，健康叶以变形菌门（Proteobacteria，42.2%）、异常球菌门（Deinococcota，33.1%）和拟杆菌门（Bacteroidota，11.6%）为主；感染叶则以变形菌门（75.4%）和放线菌门（Actinobacteriota，2.5%）为主，变形菌门增加33.2%，异常球菌门和拟杆菌门减少。属水平上，健康叶以Deinococcus（33.1%）、Massilia（15.2%）、Hymenobacter（11.1%）为主；感染叶以Pantoea（33.5%）、Massilia（8.1%）和Pseudomonas（1.1%）为主。感染导致Hymenobacter、Ralstonia、Massilia和Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia减少，而Pantoea（平均33.4%）和Exiguobacterium（16%）增加。Pantoea与Hymenobacter等呈显著负相关，提示可能存在竞争或生态位排斥。
3.3.2 细菌属水平相关热图：Pantoea与Sphingomonas、Deinococcus、Hymenobacter呈强负相关，与Stenotrophomonas、Exiguobacterium、Curtobacterium呈正相关，暗示潜在的竞争或协同关系，需实验验证。
3.3.3 真菌群落：门水平上，DQN和DQY均以子囊菌门（Ascomycota，97.24%和83.83%）为主。纲水平以Dothideomycetes、Leotiomycetes和Tremellomycetes为主。属水平，DQN以Didymella（68.93%）和Alternaria（3.63%）为主；DQY以Erysiphe（39.64%）、Didymella（17.06%）、Alternaria（15.60%）、Filobasidium（13.38%）和Cladosporium（4.46%）为主。Erysiphe大幅增加，Didymella显著减少，二者呈负相关；Alternaria、Cladosporium和Filobasidium等增加，可能与病原菌存在协同或间接促进作用，部分类群（如Alternaria、Cladosporium）具有产抑菌代谢物潜力。
3.3.4 真菌属水平相关热图：Erysiphe与Didymella、Cladosporium、Alternaria、Filobasidium等呈负相关或正相关，Didymella与其余多个属呈负相关，Cladosporium、Alternaria、Erysiphe、Epicoccum之间呈正相关。
3.3.5 固氮细菌群落：门水平，DQN以变形菌门（Proteobacteria，10.24%）、蓝菌门（Cyanobacteria，0.54%）等为主；DQY中上述门及子囊菌门（Ascomycota，2.06%）比例更高，蓝菌门增加2.78%。属水平，DQN以Pseudomonas（5.29%）、Skermanella（1.93%）、Acinetobacter（1.29%）为主；DQY以Skermanella（6.55%）、Anabaenopsis（3.25%，固氮蓝细菌）、Frondihabitans（1.57%）为主，Aureobasidium（子囊菌门）仅在病叶显著存在。蓝菌门增加可能与病叶局部低氧微环境增强固氮酶活性有关；Skermanella可通过异养固氮利用病原降解物，并分泌胞外多糖（EPS）封装病原菌；Aureobasidium可产生抗菌肽抑制白粉病菌孢子萌发并竞争铁离子；Pseudomonas在病叶减少可能削弱主动防御。病叶通过微环境改变激活了蓝细菌与固氮细菌的“应急固氮-防御”响应。
3.3.6 固氮细菌网络分析：健康叶网络含30个节点、52条边（80.8%正相关性）；病叶含27个节点、65条边（70.8%正相关性）。病叶网络更复杂但节点更少，正相关性比例仍高，表明固氮细菌主要起协同作用。
3.4 预测宏基因组分析：KEGG注释显示细菌功能主要与氨基酸代谢、碳水化合物代谢和膜转运有关，病叶碳水化合物代谢略有降低。真菌功能在病叶中植物病原菌增加，未定义腐生营养型减少。固氮细菌功能预测显示病叶光养、光自养、蓝细菌功能、发酵、氮呼吸、硝酸盐还原增强，芳香化合物降解能力强于花瓣，表明病叶通过光合作用等途径主动抵御病害。
讨论与结论部分总结：研究人员指出，此前关于白粉病对冬青卫矛叶际多样性影响的研究结果不一致，可能源于病害严重度、宿主或环境差异；本研究通过明确病原菌（Erysiphe属）相对丰度（病叶39%，健康叶0%），判定样品处于中等感染水平，从而解释了真菌Shannon指数上升的现象（随严重度加重呈先升后降）。对于细菌，Deinococcus（具抗UV特性）在病叶减少可能与白粉病诱导的微环境改变或光照差异有关，但未量化光照，需后续控制环境研究区分；Hymenobacter（与颗粒物净化相关）减少可能与其空气过滤能力受菌丝覆盖影响或被竞争菌（如Pantoea）排斥有关。Pantoea、Exiguobacterium、Pseudomonas等在病叶富集，具有植物促生（如IAA分泌、群体感应抑制）或生物防治潜力，其协同互作可通过合成菌群用于病害管理。真菌中Alternaria、Cladosporium、Filobasidium等的增加可能参与与病原菌的互作或植物自我修复（如促生），Aureobasidium的抗菌与营养竞争作用值得关注。固氮细菌群落重构反映了病叶微环境（低氧、碳源释放）驱动的生态位分化，Skermanella和蓝细菌（Anabaenopsis）的固氮与可能的抗病机制，以及Aureobasidium的抑菌作用，共同构成了病叶的联合防御策略。
结论：白粉病感染触发了冬青卫矛叶际微生物组的显著重构，其特征包括细菌群落中潜在抑菌类群（如Pantoea和Pseudomonas）的富集，以及独特的固氮细菌拮抗类群（如Aureobasidium）的出现。固氮细菌的同时演替表明叶微环境发生了更广泛的功能重编程。这些鉴定出的、响应病害的类群代表了未来开发基于微生物组的白粉病管理策略的有前景靶点。
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