研究表明育种具有更多有益细菌的植物将为世界提供食物并不简单

随着人口预计到2100年将从74亿人增加到超过110亿人，一些科学家希望操纵植物微生物组可以开辟新的途径来满足日益增长的食物需求。但在杜克大学的研究人员的研究中发现，在一些植物组织和生长条件下，在作物植物中和作物植物上培育更多有益的微生物群落可能比其他植物更容易。结果将于7月12日在Nature Communications上发布。提到微生物组，大多数人都会想到在人体内繁殖的大量微观细菌和真菌，帮助我们消化食物和对抗感染。

但植物也是数百万微生物的家园，这些微生物对植物健康和生长有巨大影响。生活在根和叶中的有益细菌可以帮助植物从土壤中吸收矿物质和养分，抵御病原体并抵御盐，热和干旱。以前的研究表明，植物的基因可以在实验室中塑造其微生物组，但是很少有研究测量植物微生物组在田间遗传控制的程度。“在一片叶子中可能有成千上万种不同的细菌，”第一作者Maggie Wagner说，他是杜克大学研究生时的研究生。“问题是：哪些因素会影响最终生活在植物体内的微生物?”

为了解开植物基因，环境和其他因素的相对影响，Wagner及其同事使用DNA测序分析了一种名为Boechera stricta的细长野花的微生物组，它在落基山脉中生长。植物的遗传上相同的株系在杜克大学的温室中从种子中萌发，然后作为幼苗移植到爱达荷州中部的三个实验花园中。

两到四年后，研究人员回来收获植物。他们对440个个体的根和叶中的细菌DNA进行了测序。当他们将已发现的细菌序列与已知微生物数据库进行比较时，研究人员发现了近4000种植物内的细菌。

变形菌和放线菌是最常见的细菌群。根部的细菌比叶子多两到十倍。不同地点之间以及年份之间的环境差异(如土壤pH，水分和温度)对植物的细菌构成影响最大。平均而言，微生物多样性变异的5%或更少是由植物遗传控制的。植物基因的影响在叶子中比在根中更强，并且从一个位置到另一个位置显着不同。“人们对利用微生物组对植物健康的影响很感兴趣，特别是对于农作物，”瓦格纳说，他现在是北卡罗来纳州立大学植物病理学系的博士后研究员。

农业公司已经在种子上涂上有益微生物或将其添加到土壤中，以促进大豆和玉米等作物的生产，并减少对化肥和农药的依赖。

这些结果支持这样的想法，即也可以使用传统的植物育种来塑造植物微生物组。但至少对于与Boechera相同的植物家族中的作物，例如卷心菜和西兰花，在叶子中培育更好的微生物组可能比根更容易，并且在一个地方或一组生长条件中繁殖的微生物群落可能不可靠在别人身上继承。“面对人口增长和气候变化，微生物可能是提高农业生产力的一个非常有用的工具，”瓦格纳说，“但设计一个有效的育种计划可能比一些人认为的要困难得多。”

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