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系中，繁榮的微生物群落在植物健康和生長中起著重要作用。了解如何優(yōu)化植物產(chǎn)量，部分是通過優(yōu)化其微生物合作伙伴，對于農(nóng)民和作物育種者來說是一項根本利益，他們致力于開發(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)食物和先進燃料。全球人口。

“植物在土壤中生長，土壤中充滿了微生物。美國國家科學院院士，霍華德休斯醫(yī)學研究所研究員，北卡羅來納大學約翰沙奇杰出生物學教授杰夫丹格說，這種植物有許多營養(yǎng)成分。“微生物從植物的根部滲出糖。植物可以從復雜的群落中選擇有助于它們的菌株。但它是一個擁擠而復雜的生態(tài)系統(tǒng)。并且有微生物可以吸收植物營養(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，并且在檢測到病原體時，可以產(chǎn)生稱為植物激素的調(diào)節(jié)化學物質(zhì)以激活防御反應。在2015年7月16日在線發(fā)表于Science Express的一項研究中，由Dangl及其同事領導的團隊，包括美國能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)的科學家，DOE辦公室的科學用戶設施，研究了三個人的角色。植物激素控制模式植物擬南芥中根微生物組的組成。

這項工作是作為DOE JGI大挑戰(zhàn)項目的一部分開始的，該項目研究擬南芥的根相關微生物組，然后發(fā)展成為社區(qū)科學計劃項目和NSF資助的微生物系統(tǒng)生物學研究，研究溫室和田間的多種植物物種。 。“這是DOE JGI的一個重點關注領域，因為我們認為有益微生物組的培育對未來可持續(xù)生物能源作物生產(chǎn)至關重要，”DOE JGI Metagenome計劃負責人Susannah Tringe表示。

為了更好地了解植物激素對根微生物組的影響，該團隊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有所不同。在這個項目的早期演示中研究共同第一作者Sarah Lebeis是Dangl實驗室的前博士后研究員，現(xiàn)在是田納西大學諾克斯維爾分校的助理教授，他展示了Firmicutes，Proteobacteria和Actinobacteria的相對豐度是如何因為是否存在而變化的。這些植物激素。例如，在產(chǎn)生過多(超免疫)或過少(低免疫)水楊酸的植物中，與野生型微生物組相比，放線菌門內(nèi)的家族的相對豐度較低。

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

潛在的植物多種維生素?

“在完全控制的重建實驗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制。這也證明了獲得環(huán)境分離株基因組的能力，“Lebeis說，他補充說，這項工作證實了他們的假設，即水楊酸會影響根微生物組成。即使在這種受控環(huán)境中，并且重要的是在沒有病原體的情況下，它們能夠顯示植物免疫系統(tǒng)對根相關細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致農(nóng)業(yè)方法，其中植物定期用相當于成人多種維生素的方法進行處理，但如何在不影響生長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的化學類似物，可以使植物對某種病原體產(chǎn)生更強的抵抗力，”Dangl推測。“但是人們不想一直誘導植物免疫系統(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內(nèi)部和內(nèi)部累積的細菌家族的平衡，以及它如何為植物帶來益處。“