第一作者：郭庆学

通讯作者：李春阳

发表期刊：Microbiome

期刊5-Year Impact Factor：19.813

第一单位：杭州师范大学

论文DOI：10.1186/s40168-022-01387-9

图片摘要

植物表现出性多态现象，有两性花(雌雄同花)、雌雄异花同株(雌花和雄花同株)、 雌花两性花同株、雄花两性花同株、三性花同株(雄花、雌花、两性花同株)、雌雄异花异株现象(仅产生雄花和雌花的单性植株)等，反映了不同植物在快速繁育与遗传选择间的平衡和对环境的适应。无处不在的微生物不仅能够在土壤中生存、繁衍，同时能栖息于植物根、茎和叶等器官的表面和内部，对植物的生长起到了至关重要的作用。研究发现雌雄异株植物在形态、生理以及代谢等水平的性二态特征，这使得雌性和雄性个体的环境适应能力表现出明显的性别差异，从而导致雌性和雄性个体能够招募或者吸引不同的微生物来适应外界环境的变化。然而，对雌雄异株植物如何影响或控制微生物组装的生态过程的性别影响并不十分清楚。在本研究中，青杨(Populus cathayana)雄性和雌性被种植在不同氮浓度下。假设雄性和雌性对根际土壤、根系、老叶和嫩叶中的细菌和真菌群落有不同的影响。首先通过转录组和生理指标分析发现，性别是影响植物组织中酚类、单宁和pH的主要因素，其中叶中淀粉和pH的性别差异是影响Proteobacteria相对丰度的重要特征。研究发现，随着pH的降低，在土壤-根系-叶的连续体中，细菌和真菌的群落多样性快速下降。性别是内生细菌和真菌组装的主要驱动因素，特别是雌雄青杨内生真菌的关键物种、群落网络特征等明显不同。研究结果表明雌雄异株植物对根际土壤微生物、叶际微生物以及内生菌有明星的性别选择作用，这为更好的探索植物与微生物相互关系提供了新的研究思路。

引言

雌雄异株植物是陆地生态系统的重要组成部分，对维持物种多样性和生态系统稳定性具有重要的作用。在被子植物种，雌雄异株植物约15600个物种，涵盖175个门和987个属。由于长期适应进化，雌雄植株在形态、生理和生活史等方面表现出明显的性二态特征，对环境的变化也衍生出不同的适应机制。长期的研究发现，植物地下和地上组织通过招募微生物，能够协助宿主植物抵御病虫害的侵袭，提升宿主植物抵抗干旱、重金属等外界环境。对于多种雌雄异株植物而言，基于多年研究结果，我们发现雄性具有较高的抵御环境变化的能力，可以在养分贫瘠的环境中生长良好，导致自然环境相对恶劣的环境中，雄性植株个体较多，使得整个种群出现偏雄的特征。那么雄性植株是否通过招募不同与雌性的微生物群落，或者与微生物之间建立不同的互利共生关系，以此增强了宿主适应环境变化的能力？这是一个非常有趣的科学问题。杨树是世界范围内被广泛用于构建人工林的物种，也是常见的雌雄异株植物，杨树人工林是我国面积最大，分布广泛的人工林类型。但是，结构单一的人工林生态系统往往出现土壤质量下降、病虫害频发等现象。本研究以雌雄青树的性别差异为出发点，探索二者与微生物之间的相互关系，揭秘雌雄对微生物结构和功能的性别特异性影响，为构建雌雄混交人工林，提升人工林管理方式和人工林抗性，提供一个新的方向。

图文导读

通过非度量多维尺度分析(nonmetric multidimensional scaling, NMDS)发现，性别是影响根内、老叶内以及新叶内的细菌与真菌群落结构的主要因素。

在土壤-根系-叶的连续体中，细菌和真菌的组成与多样性明显不同，维恩图显示了不同生态位（包括根际土壤、根、老叶和新叶）中共享和特定的细菌OTU。

细菌和真菌的共发生网络关系表现，内生细菌和真菌群落网络的关键物种组成和物种间相互关系具有明显的性别差异，尤其是对于新叶内的真菌网络结构，性别差异更为明显。

小结

青杨根和叶对内生菌的组成具有强烈的性别选择机制，这种差异主要是由于雌雄植株自身分泌物质、物理特征(如细胞壁)、生化特征以及激素等方面的性二态现象引起的。由于雌雄青杨能够性别特异性的选择微生物群落结构，这将为未来探索微生物功能与雌雄异株植物适应能力提供了良好的研究基础。

第一作者：郭庆学，2017年在中国科学院成都山地灾害与环境研究所获生态学博士学位，现杭州师范大学生命与环境科学学院副教授，硕士生导师。主持国家自然科学基金1项，浙江省自然科学基金1项，参与国家重点基金1项，以第一作者与通讯作者身份在Trends in Microbiology, Microbiome, Soil Biology and Biochemistry，Horticulture Research, Tree Physiology，Forest Ecology and Management，Journal of Forestry Research，Environmental and Experimental Botany发表论文，其中1篇在2020年成为高被引论文。主讲本科生课程《植物生理生态学》以及《植物生理生态学实验》，指导本科生毕业设计和参赛，获得2021年本科毕业论文优秀指导教师。主要探索两方面的内容：（1）雌雄异株植物如何驱动土壤养分循环；（2）植物抗逆性的性别差异与内生菌关系。目前，正在以分子、代谢和生理等方法研究植物与微生物菌群关系。

通讯作者：李春阳  1999年在芬兰赫尔辛基大学获得博士学位。浙江大学求是特聘教授、博导。中科院百人计划入选者(2001，终期评估优秀)，国家杰出青年科学基金获得者(2005，终期评估优秀)，国家百千万人才工程入选者(2009)。主要从事木本植物对环境胁迫的响应与适应研究。曾任国际林学顶尖期刊Tree Physiology学术编辑(2009-2018)，现任国际主流期刊Environmental and Experimental Botany、Journal of Plant Interactions与Journal of Plant Ecology编委。第一作者与通讯作者在国际主流学术期刊Microbiome、New Phytologist、Plant Cell and Environment、Journal of Ecology与Functional Ecology等发表SCI论文160余篇，其中80%发表在本领域前20%期刊，被SCI引用6500余次，H指数45，连续多年入选中国高被引学者榜单。