近日，Nature Biotechnology （IF5y=45.12）在线发表了南京农业大学资源与环境科学学院沈其荣教授带领的土壤微生物与有机肥团队微生态与根际健康实验室的题为“Phage combination therapies for bacterial wilt disease in tomato”的研究论文，该成果揭示噬菌体不仅可以“专性猎杀”和“精准靶向”病原菌，降低其生存竞争能力；同时还能够重新调整根际土壤菌群的结构，恢复群落多样性，增加群落中拮抗有益菌的丰度。
噬菌体精准调控病原菌-根际菌群互作图
该研究首先从广西、江苏、浙江和江西不同地区分离到1000多株病原青枯菌，并筛选到能高效裂解病原菌的噬菌体。其次，根据噬菌体的来源和侵染特性等选择了4株噬菌体为材料，组合成不同丰富度的噬菌体组合，以提高噬菌体疗法的效果。最后通过温室和大田研究，发现噬菌体组合能够显著降低青枯病的发生。为什么噬菌体组合能有效防控土传青枯病呢？该成果发现噬菌体组合处理根际病原青枯菌数量显著降低，并且组合多样性越高，病原菌成功突变抵御噬菌体的概率越低。即便有一些青枯菌成功突变、残存了下来，但它们的生长显著减缓，这说明它们与土壤中其它微生物竞争的能力减弱，再次侵染作物根系的能力会下降。因此，噬菌体组合猎杀并致弱病原菌是其在根际发挥作用的一个重要机制。当大量病原青枯菌被猎杀时，宿主相关微生物群落发生了什么变化呢？这种变化对宿主健康有利吗？这是噬菌体疗法领域必须回答的问题，既涉及到生态风险，也涉及到作用机制。该研究结果发现噬菌体组合显著改变了根际细菌群落结构，细菌群落多样性随噬菌体组合多样性的增加而增加，说明这种影响是积极的。细菌群落为什么发生了这么大的改变，是不是噬菌体也能侵染土壤中其它细菌？答案是否定的，从土壤中分离了400株细菌，青枯菌噬菌体都不能侵染，这说明了噬菌体的侵染特异性很强。
那么，是不是因为噬菌体大量猎杀病原青枯菌，释放出大量空间和资源，其他微生物又占据这些空间和资源，这样土壤微生物群落结构就发生了变化呢？研究团队很快给出了答案：单独接种噬菌体对土壤微生物群落扰动很小，但是接种病原青枯菌会导致土壤群落结构发生巨变，并且多样性显著下降。不过，这种影响可以被噬菌体修复，被破坏的微生物群落多样性可以恢复提升到原有水平。
噬菌体裂解病原青枯菌形成的噬菌斑深入分析发现并不是所有的土壤微生物都有机会重新获得被噬菌体释放出的空间和资源，细菌群落中那些竞争能力强（如产抑菌物质能力强）的一类物种似乎在群落结构调整中获得了优势，它们的丰度显著增加，可能进一步提高了群落的抑病能力。这些竞争能力强的微生物群体可能与噬菌体一起共同抵御病原菌的再次入侵，有效维持了作物的健康。
王孝芳博士和国家自然科学基金优秀青年项目获得者韦中博士为共同第一作者，沈其荣教授、韦中博士以及农业资源与环境学科生物学研究创新引智（111）基地专家英国约克大学Ville-Petri Friman博士为共同通讯作者，荷兰乌特勒支大学AlexandreJousset博士、徐阳春教授、王佳宁博士生、杨可铭博士生参与了这一工作。
来源：南京农业大学、植物科学最前沿
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