2022年6月11日，Nature Communicatons雜志在線發(fā)表了來自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所艾超課題組題為“A highly conserved core bacterial microbiota with nitrogen-fixation capacity inhabits the xylem sap in maize plants”的研究論文。該研究揭示在玉米植物的木質(zhì)部汁液中具有固氮能力且高度保守的核心細(xì)菌微生物群，該類固氮細(xì)菌能為玉米提供氮營養(yǎng)，類似人類的 “腸道細(xì)菌群” 。
與人類微生物組類似，植物微生物組被稱為植物的第二個(gè)基因組，對植物生長至關(guān)重要。以往研究表明，微生物組在玉米生產(chǎn)中具有重要作用。例如，在墨西哥貧氮 (N) 土壤中進(jìn)行的田間試驗(yàn)表明，玉米地方品種氣生根的粘液富含固氮菌，它們貢獻(xiàn)了 29-82% 的玉米 N 營養(yǎng)【PLOS Biology】玉米也能固氮？氣生根的粘液發(fā)揮作用！。因此，有針對性地操縱作物微生物組代表了一種有前途的方法，可以在未來最大限度地提高可持續(xù)作物生產(chǎn)。
以前的研究主要在植物葉際微生物組【Nature】 開啟新領(lǐng)域！植物葉際微生物群的穩(wěn)態(tài)維持機(jī)制被揭示和根系微生物組【Nature Biotech】植物學(xué)報(bào)點(diǎn)評！研究發(fā)現(xiàn)根系微生物組促進(jìn)水稻氮利用！。然而，關(guān)于木質(zhì)部里的微生物群與植物生長發(fā)育之間的功能關(guān)系知之甚少。
該研究通過評估不同土壤類型、氣候區(qū)和基因型的玉米微生物組的組裝和功能，發(fā)現(xiàn)莖木質(zhì)部選擇性地招募以 γ‐變形菌綱Gammaproteobacteria 為主的高度保守的細(xì)菌。在木質(zhì)部汁液中鑒定的 25 個(gè)核心細(xì)菌分類群中，有幾個(gè)分離的菌株被證實(shí)是具有固氮活性或有助于生物固氮。
在此基礎(chǔ)上，該研究建立了由兩個(gè)核心固氮菌和兩個(gè)輔助菌組成的合成群落（SynComs）。GFP 標(biāo)記的菌株和15 N 同位素稀釋方法表明，SynComs在植物中的內(nèi)生生活方式和固氮能力。這些 SynCom 通過生物固氮貢獻(xiàn)了 11.8% 的玉米莖中積累的總氮。有趣的是，SynComs 還增加了根干生物量，表明核心內(nèi)生菌與其宿主之間存在多機(jī)制協(xié)同相互作用。
綜上所述，該研究揭示了玉米特異性地在木質(zhì)部汁液中招募了一個(gè)核心微生物群，該微生物群在環(huán)境條件和基因型中都是保守的。這種核心微生物群通過生物固氮促進(jìn)植物 N 營養(yǎng)并促進(jìn)根系發(fā)育。因此，木質(zhì)部汁液中的這些微生物群代表了一種未開發(fā)的資源，可以開發(fā)替代微生物生物技術(shù)，以提高可持續(xù)農(nóng)業(yè)中的作物性能。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31023-x
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