NC背靠背 | 揭示宿主植物调控根际微生物群落组成的遗传机制

2022年6月16日，Nature Communications以背靠背的形式发表了荷兰生态学研究所Jos M. Raaijmakers和Ben O. Oyserman团队及其合作者题为“Disentangling the genetic basis of rhizosphere microbiome assembly in tomato”的研究论文。

https://doi.org/10.1038/s41467-022-30849-9

以及英国邓迪大学Davide Bulgarelli团队及其合作者题为“Identifying plant genes shaping microbiota composition in the barley rhizosphere”的研究论文。两个研究分别以番茄和大麦为研究对象，揭示了植物基因调控根际微生物组（rhizosphere microbiome）组成的遗传机制，为基于植物微生物组的作物育种提供理论基础。

https://doi.org/10.1038/s41467-022-31022-y

植物微生物组是植物生长及其产生胁迫耐受性的基础；这些与植物微生物组相关的表型（MAP）主要表现在：抗旱性、抗病性、发育和杂种优势。根际是根与土壤交流的界面，含有丰富的植物微生物群落；这些根际微生物不但可以促进植物对矿物质养分的吸收，还能帮助植物抵御病原体的入侵。研究表明，植物与根际微生物之间的相互作用并不是随机事件，而是受植物基因组（至少部分）控制的。因此，解析根际微生物组的宿主遗传调控机制，有助于土壤微生物在农业生产中的合理应用，并实现农业的可持续性发展。然而，调控植物微生物组组成的遗传机制，在很大程度上仍不清楚。

M. Raaijmakers和Ben O. Oyserman团队通过综合利用扩增子法（amplicon）和鸟枪法（shotgun）宏基因组测序，定位了野生番茄和驯化番茄杂交种群中调控根际微生物分类和功能特征的数量性状位点（QTL）。该研究发现，这些QTL可正调控或负调控根际微生物组的组成。另外，与扩增子法的58.56 Mbp相比，鸟枪法可以将一个与链霉菌属（Streptomyces）相关的区域缩小到6.31 Mbp；表明鸟枪法在植物基因组的定位方面更精确。通过对根际微生物中最丰富的链霉菌和纤维弧菌（Cellvibrio）的宏基因组组装，该研究进一步确定了参与植物多糖、铁、硫、海藻糖和维生素代谢的细菌基因；并且，这些基因的遗传变异与番茄的特定QTL相关。

大麦是全球第四大种植谷物；Davide Bulgarelli团队前期发现，野生型大麦和优质的大麦栽培品种具有不同的根际微生物群落。该研究通过对野生型大麦和优质栽培品种杂交后代的宏基因组测序，确定了一系列对根际微生物群落组成有重大影响的基因位点；特别是其中的QRMC-3HS位点，在调控根际微生物群落组成上起着主要作用。进一步通过比较含不同QRMC-3HS等位基因的大麦的根际微生物群落，研究人员发现，QRMC-3HS位点主要影响了根际的细菌微生物群落组成，但对真菌微生物群落组成没有显著影响。另外，利用大麦泛基因组分析QRMC-3HS位点，研究人员推测了该位点上的三个主要的候选基因，其中一个编码NLR蛋白。

综上所述，两个团队分别通过番茄和大麦的宏基因组测序，研究了宿主调控根际微生物组组成的遗传机制。M. Raaijmakers和Ben O. Oyserman团队通过综合利用扩增子法和鸟枪法宏基因组测序，在番茄中鉴定了一系列正调控或负调控根际微生物群落组成的QTL，特别是一个与链霉菌属相关的6.31 Mbp区域。而Davide Bulgarelli团队通过宏基因组测序，在大麦中确定了一系列影响根际微生物群落组成的基因位点，特别QRMC-3HS位点。

转自：植物科学最前沿

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