植物的健康不僅受到水和溫度等條件的影響，還受到其根部周圍的微生物的影響。根據(jù)已知的微生物群落，根際微生物組調(diào)節(jié)植物從土壤中獲得的營養(yǎng)物質(zhì)，并且可以影響植物生長和產(chǎn)量。

發(fā)表在2018年6月25日的一周，在美國國家科學院院刊(PNAS)上，研究人員報告了一項大規(guī)模實地研究的結(jié)果，該研究部分復制了早期試驗，以確定植物定植的土壤微生物，并且可以與之相關(guān)聯(lián)。具有特殊的特征。這項工作由馬克斯普朗克發(fā)育生物學研究所(MPI)的科學家，北卡羅來納大學教堂山分校(UNC)的霍華德休斯醫(yī)學研究所和康奈爾大學的科學家領(lǐng)導，并包括研究人員。美國能源部(DOE)聯(lián)合基因組研究所(JGI)，美國能源部科學用戶設(shè)施辦公室。

“這是對玉米根際微生物群進行的一次非常大而徹底的時間調(diào)查，”MPI的高級作者Ruth Ley指出。“一旦我們研究了我們想要繁殖的微生物特性，就可以為土壤微生物學家和潛在的植物育種者提供豐富的資源，以減少對農(nóng)業(yè)中化石燃料的依賴。”

該研究建立在先前的一項研究的基礎(chǔ)上，該研究也在PNAS中報告，其中該團隊使用來自三個州五個油田的27個玉米品系的500個樣品。所有這些樣品都在一個時間點收集。這一次，該團隊從整個生長季節(jié)中僅在一個田地中生長的相同玉米品系的子集中收集了近5,000個樣品。“從500到5,000的擴展對于樣品處理來說具有挑戰(zhàn)性，生物信息學也非常具有挑戰(zhàn)性，因為我們有超過5億個16S序列，”Ley說。“第一作者托尼沃爾特斯在這方面做得非常出色。”

該信息使該團隊能夠?qū)⑽⑸锓N群的豐度與植物基因型聯(lián)系起來，同時還能區(qū)分植物年齡和天氣等條件的影響。大規(guī)模的實地研究使他們能夠識別143種可遺傳的微生物，其樣本的種群差異部分是由植物基因型的差異驅(qū)動的。此外，該團隊還確定了一個核心根際微生物組，由七個操作分類單位(OTU)組成，所有這些單元都位于Proteobacteria門內(nèi)，每個樣本都有。

“擴大規(guī)模使我們能夠了解植物遺傳，環(huán)境和時間的相對重要性，”康奈爾大學的Ed Buckler說道，他的團隊提供了玉米遺傳學和田間試驗方面的專業(yè)知識。“我們知道每件事都很重要，但這確實提供了每件事情的重要性。”

這項工作是JGI的根際大挑戰(zhàn)試點項目的一部分，涉及玉米和模式植物擬南芥。這些項目突出了JGI的能力和專業(yè)知識，這些能力和專業(yè)知識可以用于2010年分配給DOE生物和環(huán)境研究辦公室的科學巨大挑戰(zhàn)。

“根植物大挑戰(zhàn)的首要目標是確定植物相關(guān)微生物群落中微生物群落組成的主要驅(qū)動因素，例如植物區(qū)，土壤類型，植物年齡和植物基因型，”JGI用戶計劃說Susannah Tringe副手。“之前的論文使用454 pyrotag測序來證明植物基因型對根際微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，但缺乏統(tǒng)計學能力來建立特定的基因型 - 表型鏈接。目前的研究使用Illumina標簽測序，所有這些都在JGI完成，更深入采樣和更高的時間分辨率，以改善統(tǒng)計分析。“

Jeff Dangl，Howard Hughes醫(yī)學研究所研究員和UNC John N. Couch生物學教授，與Tringe，Ley和Buckler一起，是Rhizosphere Grand Challenge的原始設(shè)計師之一，并對這項工作提出了最后的想法：“這是另一個團隊科學駕駛發(fā)現(xiàn)案例，在該項目的冠軍的啟發(fā)下，“他說。“第一作者托尼沃爾特斯無畏地接受了這個項目并將其推向前進。但是如果沒有JGI的16S測序平臺，并且沒有Rob Knight和他的新計算工具集團開發(fā)專門處理如此龐大的數(shù)據(jù)集，它將永遠不會完成“。