叶子真菌奶昔让濒危夏威夷花卉起死回生

本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点

在瓦亚奈山脉的山腰上，俯瞰着瓦胡岛西端多尔菠萝种植园和珍珠港的一座死火山的崩塌遗迹中，生长着一种名为 Phyllostegia kaalaensis 的植物。或者说至少直到最近还是这样。这种薄荷科的朴素的白色开花植物，在美军和夏威夷州拥有的两个温室中勉强逃脱了灭绝的命运——但现在它却不那么配合了。

科学家们非常希望将它重新种植在它起源的山脉中。但是每次他们尝试时，白粉病都会杀死它。这肯定不对。

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早在 2003 年，就有超过 30 株植物在野外无病地生存。问题是什么？

Phyllostegia 的故事——以及它令人困惑的困境——反映了世界各地岛屿生命的故事。很久以前，一种薄荷科植物不知何故来到了夏威夷。这种植物的后代进化成了两个、三个，甚至不是，而是 32 个全新的物种。然而，美好的开端之后，将是黑暗的未来。

像许多其他植物、鸟类和其他物种一样，在岛屿的受保护的避难所中进化，随着人类的到来以及他们带来的大陆物种，这些植物发现自己受到了攻击和竞争。如今，14 种 Phyllostegia 物种处于极度濒危状态。其余的大部分被认为已经灭绝。可以理解的是，科学家们真的想阻止 P. kaalaensis 成为这个悲伤名单上的下一个。

他们开始思考他们给植物的治疗方法，以使其在温室的人工环境中得以维持。正如任何种植过室内植物的人都知道的那样，某些在室外生长没有问题的植物（如迷迭香）在室内种植时可能会迅速屈服于一种名为白粉病的真菌。

白粉病——包含许多物种的庞大群体——因其感染的叶子和花朵上形成的白色涂层而得名。在显微镜下观察，这些生物的孢子囊是一些最有趣 和 美丽的物体。但是当它出现在你倾注了爱心却因这种真菌而死去的植物上时，白粉病会引起极大的恼怒。杀菌剂是对抗它的少数有效方法之一。

P. kaalaensis 的情况就是如此。除非有人每周用杀菌剂喷洒这些极度濒危的植物，否则它们可能会在一个月内死于白粉病 Neoerysiphe galeopsidis。但是，如果科学家们想知道，那些让植物在温室中得以生存的杀菌剂，是否也阻止了它在野外生存呢？

上周我写过关于一种称为内生菌的叶栖真菌，这些真菌通过老植物掉落在幼苗周围的枯叶传递给它们后代的可可树。这样做，它们帮助保护幼苗免受可可最大的敌人：黑荚病的侵害。

但是内生菌不仅限于可可。它们是一类专门寄生在植物内部并充当植物微生物组的微生物，并且迄今为止在检查过的每种天然植物中都发现了它们。它们是植物微生物组。栖息在根部的菌根真菌是内生菌的一个亚类，与其余的相比，在本博客和其他地方都受到了更多的关注。菌根为其植物宿主提供重要的水和养分吸收服务，并且恰好也是之前大多数内生菌研究以拯救濒危植物的重点。

但是正如我上次提到的，内生菌也可能以耐旱性、抗病性或其他服务的形式为宿主提供好处。那么，如果……如果控制白粉病的杀菌剂也杀死了植物在野外生存所需要的内生菌呢？

如果是这样，如何测试或解决这个问题？ 正如我在关于可可的文章中写的那样，内生真菌有几个吸引人的特性。其中之一是它们很容易通过风和接触在植物之间传播。它们对于将哪种植物称为家也相对随和。因此，科学家们决定尝试一些简单的做法：微生物组移植。该过程类似于越来越受欢迎的粪便移植——也被称为粪便微生物移植——患有慢性胃肠道疾病的人发现这种方法非常有效。

夏威夷大学马诺阿分校的植物学教授安东尼·阿门德和博士后杰弗里·赞恩发现了一种与其原始家园中生长的 P. kaalaensis 密切相关的濒危薄荷。与 P. kaalaensis 不同，这种“供体”物种的植物已经被重新引入野外并茁壮成长。他们将这种第二种物种的野生健康植物的表面消毒叶子捣成泥浆，然后每周将所得的泥浆喷洒到温室中的 P. kaalaensis 叶子上，持续三周。

然后，他们通过将感染了 P. kaalaensis 的叶子放入生长室的进气口中，人为地使这些植物感染了白粉病。他们用 11 种已知的纯培养内生菌混合物喷洒了第二组植物（内生菌经常以这种方式生长的能力是其其他吸引人的特性之一）。最后，他们用无菌水喷洒了对照植物。在实验完成后，他们还进行了最后一轮对照实验，使用通过过滤器的泥浆，该过滤器将去除所有真菌和细菌，但会保留任何植物化学物质。

他们还在相关的濒危植物物种 P. mollis 上尝试了相同的处理方法，该物种也仅存在于温室中，并且具有相同的杀菌剂依赖性。

结果呢？在两项独立的试验中，野生叶浆能够显著减少 P. kaalaensis 植物的白粉病，但由于某种原因，对 P. mollis 却没有效果。11 种已知内生菌的混合物和过滤后的野生叶浆都无法产生相同的效果。

他们在野外的祖先家园和它们的内生菌供体植物附近种植了一些经过浆液处理的植物。一年多后，它们仍然活着。对于植物保护来说，这是一个好消息，因为这种低技术的方法可以转移到许多其他处于类似困境中的濒危植物。

不过，当他们检查野生叶浆中生物的 DNA 以查看谁在那里时，他们感到震惊。迄今为止，最丰富的生物竟然是 N. galeopsidis，也就是他们试图阻止的病原体。

作者承认：“这令人惊讶，因为提供这种浆液的 P. hirsuta 个体没有表现出白粉病感染的迹象，而且考虑到野生叶浆是显示可以降低 N. galeopsidis 疾病严重程度的处理方法。”在野生叶浆中检测到另外 21 种真菌，但只有一种真菌的相对丰度大于 5%。白粉病是内生菌污泥中那个200磅重的大猩猩。

这怎么可能？这种掺有霉菌的浆液的奥秘是什么？科学家怀疑，杀菌酵母 Pseudozyma aphidis 可能是答案的一部分。在治疗之前，这种真菌少量存在于 P. kaalaensis 的叶子中。但是，经过治疗并暴露于白粉病后，这种酵母越多，病原体感染就越轻微。

酵母是单细胞真菌，与形成蘑菇和大多数其他大型真菌的丝状形式不同。 P. aphidis 包含消化几丁质和真菌细胞壁中发现的其他化学物质的基因，并且还制造称为铁载体的螯合铁颗粒，通过剥夺病原体生长所需的铁来对抗病原体。P. aphidis 也可能部分或全部通过激活植物防御机制来发挥其魔力，并且无论出于何种原因，P. mollis 对这些信号都不敏感，而 P. kaalaensis 却没有。

也许这种酵母类似于内生真菌热带炭疽菌，研究表明，当可可幼苗在幼年时期接受它时，它对可可具有保护作用。

但生物多样性也可能是一个重要因素。野生叶片浆液不仅包含可以在实验室中培养的物种（如11种混合物），还包含许多无法培养的物种，以及可能与内生真菌协同作用以促进植物健康的其他细菌和病毒。由于在原始叶片浆液中未检测到酵母蚜虫生丝酵母，这些生物可能以某种方式参与了其丰度的增加（如果只有极少量存在）或从空气中招募了它（如果它不存在）。

“这项研究强化了植物不仅仅是植物的观点；它们是复杂的生物群落，”作者总结道。我认为在过去 20 年里，生物学得出的令人谦卑——且令人兴奋——的结论是，这适用于这个星球上的所有大型生命，包括我们自己。

参考文献

Zahn, Geoffrey, 和 Anthony S. Amend. "叶片微生物组移植赋予濒危植物抗病性." PeerJ 5 (2017): e4020.