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大规模研究确定了玉米根际的核心微生物群落

2019-04-14 13:56:52 • 来源：

植物的健康不仅受到水和温度等条件的影响，还受到其根部周围的微生物的影响。根据已知的微生物群落，根际微生物组调节植物从土壤中获得的营养物质，并且可以影响植物生长和产量。

发表在2018年6月25日的一周，在美国国家科学院院刊(PNAS)上，研究人员报告了一项大规模实地研究的结果，该研究部分复制了早期试验，以确定植物定植的土壤微生物，并且可以与之相关联。具有特殊的特征。这项工作由马克斯普朗克发育生物学研究所(MPI)的科学家，北卡罗来纳大学教堂山分校(UNC)的霍华德休斯医学研究所和康奈尔大学的科学家领导，并包括研究人员。美国能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI)，美国能源部科学用户设施办公室。

“这是对玉米根际微生物群进行的一次非常大而彻底的时间调查，”MPI的高级作者Ruth Ley指出。“一旦我们研究了我们想要繁殖的微生物特性，就可以为土壤微生物学家和潜在的植物育种者提供丰富的资源，以减少对农业中化石燃料的依赖。”

该研究建立在先前的一项研究的基础上，该研究也在PNAS中报告，其中该团队使用来自三个州五个油田的27个玉米品系的500个样品。所有这些样品都在一个时间点收集。这一次，该团队从整个生长季节中仅在一个田地中生长的相同玉米品系的子集中收集了近5,000个样品。“从500到5,000的扩展对于样品处理来说具有挑战性，生物信息学也非常具有挑战性，因为我们有超过5亿个16S序列，”Ley说。“第一作者托尼沃尔特斯在这方面做得非常出色。”

该信息使该团队能够将微生物种群的丰度与植物基因型联系起来，同时还能区分植物年龄和天气等条件的影响。大规模的实地研究使他们能够识别143种可遗传的微生物，其样本的种群差异部分是由植物基因型的差异驱动的。此外，该团队还确定了一个核心根际微生物组，由七个操作分类单位(OTU)组成，所有这些单元都位于Proteobacteria门内，每个样本都有。

“扩大规模使我们能够了解植物遗传，环境和时间的相对重要性，”康奈尔大学的Ed Buckler说道，他的团队提供了玉米遗传学和田间试验方面的专业知识。“我们知道每件事都很重要，但这确实提供了每件事情的重要性。”

这项工作是JGI的根际大挑战试点项目的一部分，涉及玉米和模式植物拟南芥。这些项目突出了JGI的能力和专业知识，这些能力和专业知识可以用于2010年分配给DOE生物和环境研究办公室的科学巨大挑战。

“根植物大挑战的首要目标是确定植物相关微生物群落中微生物群落组成的主要驱动因素，例如植物区，土壤类型，植物年龄和植物基因型，”JGI用户计划说Susannah Tringe副手。“之前的论文使用454 pyrotag测序来证明植物基因型对根际微生物群落结构的影响，但缺乏统计学能力来建立特定的基因型 - 表型链接。目前的研究使用Illumina标签测序，所有这些都在JGI完成，更深入采样和更高的时间分辨率，以改善统计分析。“

Jeff Dangl，Howard Hughes医学研究所研究员和UNC John N. Couch生物学教授，与Tringe，Ley和Buckler一起，是Rhizosphere Grand Challenge的原始设计师之一，并对这项工作提出了最后的想法：“这是另一个团队科学驾驶发现案例，在该项目的冠军的启发下，“他说。“第一作者托尼沃尔特斯无畏地接受了这个项目并将其推向前进。但是如果没有JGI的16S测序平台，并且没有Rob Knight和他的新计算工具集团开发专门处理如此庞大的数据集，它将永远不会完成“。

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