就像冰山一角，從土壤中萌芽的植物幾乎暗示著下面的東西。在根與土壤相交的關(guān)系中，繁榮的微生物群落在植物健康和生長(zhǎng)中起著重要作用。了解如何優(yōu)化植物產(chǎn)量，部分是通過(guò)優(yōu)化其微生物合作伙伴，對(duì)于農(nóng)民和作物育種者來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)根本利益，他們致力于開(kāi)發(fā)可持續(xù)作物，用于在不斷增加的壓力下從植物生物質(zhì)中生產(chǎn)食物和先進(jìn)燃料。全球人口。

“植物在土壤中生長(zhǎng)，土壤中充滿了微生物。美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士，霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員，北卡羅來(lái)納大學(xué)約翰沙奇杰出生物學(xué)教授杰夫丹格說(shuō)，這種植物有許多營(yíng)養(yǎng)成分。“微生物從植物的根部滲出糖。植物可以從復(fù)雜的群落中選擇有助于它們的菌株。但它是一個(gè)擁擠而復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。并且有微生物可以吸收植物營(yíng)養(yǎng)并破壞植物。它們是病原體。“

植物激素調(diào)節(jié)微生物豐度

植物的免疫系統(tǒng)可以區(qū)分這些微生物中的朋友和敵人，并且在檢測(cè)到病原體時(shí)，可以產(chǎn)生稱(chēng)為植物激素的調(diào)節(jié)化學(xué)物質(zhì)以激活防御反應(yīng)。在2015年7月16日在線發(fā)表于Science Express的一項(xiàng)研究中，由Dangl及其同事領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，包括美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)的科學(xué)家，DOE辦公室的科學(xué)用戶(hù)設(shè)施，研究了三個(gè)人的角色。植物激素控制模式植物擬南芥中根微生物組的組成。

這項(xiàng)工作是作為DOE JGI大挑戰(zhàn)項(xiàng)目的一部分開(kāi)始的，該項(xiàng)目研究擬南芥的根相關(guān)微生物組，然后發(fā)展成為社區(qū)科學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目和NSF資助的微生物系統(tǒng)生物學(xué)研究，研究溫室和田間的多種植物物種。 。“這是DOE JGI的一個(gè)重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域，因?yàn)槲覀冋J(rèn)為有益微生物組的培育對(duì)未來(lái)可持續(xù)生物能源作物生產(chǎn)至關(guān)重要，”DOE JGI Metagenome計(jì)劃負(fù)責(zé)人Susannah Tringe表示。

為了更好地了解植物激素對(duì)根微生物組的影響，該團(tuán)隊(duì)將野生型根微生物組與缺少至少一種以下植物激素的突變體進(jìn)行比較：水楊酸(SA)，茉莉酸或乙烯。以前的研究表明，即使有相似的起始微生物群落，感染后根微生物組的成分也會(huì)有所不同。在這個(gè)項(xiàng)目的早期演示中研究共同第一作者Sarah Lebeis是Dangl實(shí)驗(yàn)室的前博士后研究員，現(xiàn)在是田納西大學(xué)諾克斯維爾分校的助理教授，他展示了Firmicutes，Proteobacteria和Actinobacteria的相對(duì)豐度是如何因?yàn)槭欠翊嬖诙兓摹＿@些植物激素。例如，在產(chǎn)生過(guò)多(超免疫)或過(guò)少(低免疫)水楊酸的植物中，與野生型微生物組相比，放線菌門(mén)內(nèi)的家族的相對(duì)豐度較低。

基于這些發(fā)現(xiàn)，Lebeis和她的同事使用從野生土壤中生長(zhǎng)的植物培養(yǎng)的細(xì)菌分離物檢查根微生物組，以在無(wú)菌的土壤樣基質(zhì)中定殖不育根。在接種后追蹤土壤樣基質(zhì)和植物根部?jī)?nèi)的這些合成細(xì)菌群落八周。用于這些群落的細(xì)菌中有近40種細(xì)菌分離株，其基因組已經(jīng)在DOE JGI進(jìn)行了測(cè)序。

潛在的植物多種維生素?

“在完全控制的重建實(shí)驗(yàn)中部署這些基因組使我們能夠超越野生土壤中根系上存在的微生物的描述，向系統(tǒng)定義控制微生物豐度的機(jī)制。這也證明了獲得環(huán)境分離株基因組的能力，“Lebeis說(shuō)，他補(bǔ)充說(shuō)，這項(xiàng)工作證實(shí)了他們的假設(shè)，即水楊酸會(huì)影響根微生物組成。即使在這種受控環(huán)境中，并且重要的是在沒(méi)有病原體的情況下，它們能夠顯示植物免疫系統(tǒng)對(duì)根相關(guān)細(xì)菌的定殖具有重大影響。

了解水楊酸和其他植物激素在調(diào)節(jié)根微生物組成中的作用可能導(dǎo)致農(nóng)業(yè)方法，其中植物定期用相當(dāng)于成人多種維生素的方法進(jìn)行處理，但如何在不影響生長(zhǎng)的情況下改善病原體防御仍有待確定。

“SA的免疫系統(tǒng)功能主要在葉片中定義，是的，如果你噴灑SA或SA的化學(xué)類(lèi)似物，可以使植物對(duì)某種病原體產(chǎn)生更強(qiáng)的抵抗力，”Dangl推測(cè)。“但是人們不想一直誘導(dǎo)植物免疫系統(tǒng)，就像你不想總是發(fā)燒一樣。我們需要弄清楚SA如何幫助確定在健康根部?jī)?nèi)部和內(nèi)部累積的細(xì)菌家族的平衡，以及它如何為植物帶來(lái)益處。“