Take home message

（1）昆虫取食不仅直接伤害植物，还会显著改变叶片上细菌的生存环境，可能间接助长某些病原细菌的传播，从而影响植物健康和微生物群落结构。主要体现在：叶子上的细菌变多了，多样性降低了，植物防御反应“偏袒”了某些病原菌

Insect herbivory reshapes a native leaf microbiome 昆虫食草重塑了本地的叶子微生物群

摘要

（1）Insect herbivory is pervasive in plant communities, but its impact on microbial plant colonizers is not well-studied in natural systems. 昆虫植食在植物群落中普遍存在，但其对微生物植物殖民者的影响在自然系统中没有得到很好的研究。

（2）By calibrating sequencing-based bacterial detection to absolute bacterial load, we find that the within-host abundance of most leaf microbiome (phyllosphere) taxa colonizing a native forb is amplified within leaves affected by insect herbivory. 通过将基于测序的细菌检测校准到绝对细菌负载量，我们发现，在受昆虫食草影响的叶片内，定居本地杂类植物的大多数叶片微生物组(叶圈)分类群的宿主内丰度被放大

（3）Herbivore-associated bacterial amplification reflects community-wide compositional shifts towards lower ecological diversity, but the extent and direction of such compositional shifts can be interpreted only by quantifying absolute abundance. 食草动物相关的细菌扩增反映了整个群落的组成向较低的生态多样性转变，但这种组成转变的程度和方向只能通过量化绝对丰度来解释。实验引发的抗食草动物防御重塑了假单胞菌属物种的宿主内适合度等级。

（4）Experimentally eliciting anti-herbivore defences reshaped within-host fitness ranks among Pseudomonas spp. field isolates and amplified a subset of putatively phytopathogenic P. syringae in a manner causally consistent with observed field-scale patterns. 以与观察到的田间规模模式因果一致的方式，田间分离并扩增了推定的植物病原丁香假单胞菌的子集。

（5）Herbivore damage was inversely correlated with plant reproductive success and was highly clustered across plants, which predicts tight co-clustering with putative phytopathogens across hosts. Insect herbivory may thus drive the epidemiology of plant-infecting bacteria as well as the structure of a native plant microbiome by generating variation in within-host bacterial fitness at multiple phylogenetic and spatial scales. 食草动物的损害与植物繁殖成功呈负相关，并在植物间高度聚集，这预示着与假定的植物病原体在宿主间紧密共聚。因此，昆虫食草可能通过在多种系统发育和空间尺度上产生宿主内细菌适合度的变化来驱动植物感染细菌的流行病学以及天然植物微生物组的结构。

（6）This study emphasizes that ‘non-focal’ biotic interactions between hosts and other organisms in their ecological settings can be crucial drivers of the population and community dynamics of host-associated microbiomes。这项研究强调，宿主和其生态环境中的其他生物之间的“非焦点”生物相互作用可能是宿主相关微生物群的种群和群落动态的关键驱动因素 .

（7）结果

（8）Bacterial loads are amplified in insect-damaged leaf tissues 细菌负荷在受昆虫损害的叶子组织中被放大

图a这是一个热图，直观地比较了在食草损害叶片和未损害叶片中，14个最常见细菌家族的预测绝对丰度。（Emerald Lake [EL]; 4.5 [3.6; 5.3] site North Pole Basin [NP]）图b：细菌增殖差异的箱线图，显示了分别对于位置E1和NP，在食草动物损害的叶片中与未损害的叶片相比，获得的细菌细胞分裂(即，加倍)，正值意味着在受损叶片中分裂次数更多（即生长更快/更成功）。零线表示没有差异。doublings(倍增次数)

（9）Herbivore-associated bacterial amplification is both community-wide and taxon-specific 食草动物相关的细菌扩增既有群落范围的，也有分类群特异性的

昆虫食草损害如何导致叶片微生物群落组成的系统性改变，揭示了从具体类群变化到整体群落结构变化的完整链条。图a：各细菌家族相对丰度的变化散点图，直观展示了食草损害引发的群落组成“扭曲”：资源（生态位）急剧向 Pseudomonadaceae 集中，其他类群在相对意义上被边缘化。图b：群落均匀度的变化（箱线图），比较了受损叶片和未受损叶片中整个细菌群落的均匀度。

（10） Plant defences against chewing herbivores enhance growth of putative phytopathogens in planta 植物对咀嚼性食草动物的防御增强了植物中假定的植物病原体的生长

在受控条件下验证野外观察到的现象。这部分通过直接操纵植物防御反应，来检验它是否是驱动细菌群落变化的原因。假设：昆虫取食会激活植物的茉莉酸防御通路 → 这个改变了的环境（而非仅仅是物理伤口）特别有利于某些假单胞菌生长。

图a: 不同假单胞菌菌株在诱导防御下的生长差异（热图）左侧热图展示了12株从同一野外地点（EL）分离出来的假单胞菌属不同菌株，在两种处理植物上的生长情况。模拟处理：作为对照，植物未被激发防御。茉莉酸处理：通过喷洒茉莉酸，模拟昆虫取食，人工激活植物的抗虫防御系统。

图b：菌株生长优势的量化（箱线图）这是对图a数据的量化统计分析。它计算了每个菌株在JA处理 vs. 模拟处理的叶片中，所获得的细菌分裂次数（doublings）的差异。

图c, d, e：防御反应对群落结构的影响,这部分将视角从单个菌株拉回整个人工群落。图c：类似于图2a，展示了这12个菌株在模拟处理 vs. JA处理植物中相对丰度比例的变化。可以预测，在JA处理后，那些在图a/b中显示出生长优势的菌株，其相对比例会急剧上升，而其他菌株的比例会被稀释下降。图d（均匀度 J'）：类似于图2b。由于优势菌株的比例暴增，预测JA处理组的群落均匀度会显著低于模拟处理对照组。图e（β-多样性）：类似于图2c。预测JA处理组与模拟处理组之间的群落差异（组间差异），会远大于各组内部样本之间的差异（组内差异）。这意味着茉莉酸处理创造了一种独特且一致的微生物群落状态。

（11） Putative phytopathogens are aggregated in highly herbivore-damaged plant patches 假定的植物病原体聚集在高度植食损害的植物斑块中

图4: 生态与进化后果。它将微生物层面的发现，提升到了植物种群和植物健康的层面，展示了昆虫与病原细菌协同作用的实际生态影响。

图a：植食损害与细菌负载在种群空间上的共聚集，

散点图，展示了在植物斑块（Patch）水平上，昆虫损害程度与细菌总负载量之间的关系。X轴：每个斑块中被取食（潜叶）的叶片数。这是对植食损害强度的量化。Y轴：模型预测的每个斑块上细菌负载量的中位数（以 log10 CFU 表示）。

图b：复合胁迫降低植物繁殖成功率，展示了在植物斑块水平上，昆虫损害程度与植物繁殖产出之间的关系。X轴：每个斑块中被取食的叶片数。Y轴：每个斑块的总果实结实数（果实数/斑块）。这是植物繁殖成功的直接指标。一个斑块遭受的昆虫取食越严重，它产生的果实就越少。

由于图a已经证明，高取食斑块也伴随着极高的细菌负载，因此这种繁殖力的下降，很可能是昆虫取食（直接消耗）和病原细菌感染（间接损害）共同作用的结果。

(12） Herbivore–bacteria co-aggregation is associated with lower plant fitness 食草动物-细菌的共同聚集与较低的植物适应性有关

（13） Causes of herbivore aggregation in natural plant populations 天然植物种群中食草动物聚集的原因

Insect herbivory is pervasive in plant communities, but its impact on microbial plant colonizers is not well-studied in natural systems.