土壤微生态的五大研究方向 |cell 子刊综述解读助力微生物组研究

欢迎回来，前几期我们聊到一种土壤微生物——印度梨形孢菌，虽然那份研究并不是一个新鲜的报道（在1998年就被鉴定发现，且研究趋于清晰），但是能够获得Science的重视，说明土壤微生物的研究意义之重大、应用场景之广泛。
那明星菌就这么几个，没有合适研究对象又应该怎么开展研究呢？
我们先来看一个统计数据：在以往，土壤研究主要关注的重点是与植物逆境胁迫相关的关键基因或代谢物的研究，但是随着技术和测序手段的发展，不难从下图中发现植物土壤生态环境等研究中，与微生物相关的报道越来越多。研究策略可以根据不同组学分析手段可以分为以下几类，多组学的联合分析则能够克服不同方法的局限或偏差，提高差异分析或功能菌株研究的准确性。具体来看，根据研究的目的与意义，有以下内容可以参考：1寄生类我们知道植物病原微生物对农业、育种的危害程度极大，一般来说病原体通过分泌毒力蛋白或毒力代谢物感染植物，通过破坏植物的免疫系统以获得更多的生存资源，在此研究中老师可以模仿模式病原体丁香假单胞菌的研究报道，比如针点状III型系统（needle-like type III secretion system, T3SS）能够将III型效应物（secretes type III effectors, T3Es）分泌到植物细胞中，能够调控植物免疫系统，促进自身生长（DOI:10.1038/s41564-018-0129-3），结合宏基因组、宏转录组或代谢组，基于PHI、VFDB、CARD等病原微生物、抗性数据库注释探究不同微生物对侵染植物的机制。
2 共生类除了上述寄生微生物，也不乏共生促进植物和自身发展的微生物，比如大豆根瘤菌。这一块研究，老师可以重点关注PGPB（Plant Growth-Promoting Bacteria）方面的报道，除了固氮，与植物相关的营养还包括磷、铁、乙烯或其他植物生长激素。组学能够在面对新的共生菌或未知机制、关键物探索中起到事半功倍的效果。
微生物在土壤中的分布并不均匀，其中有很大的可能是由于不同的植物代谢物可以吸引某种特殊的微生物，这些根系分泌物包括多种多糖，例如纤维素、葡聚糖、果胶、木聚糖、甘露聚糖、阿拉伯聚糖；同时也包含部分芳香有机酸，例如肉桂酸、烟碱、莽草酸、水杨酸和吲哚乙酸；还有一些与支链氨基酸，例如蛋氨酸、苯丙氨酸相关的微生物，因此结合代谢组学的分析能够为您的研究增色不少。3与胁迫相关的研究为了研究微生物在植物干旱过程中是否扮演重要角色，作者收集了16个时间点下不同干旱处理条件的土壤样本，通过16S V3-V4扩增子测序进行筛查获得具有代表样本，再结合宏转录本和代谢组进行功能及关键代谢物的研究，最后通过但单菌分离和定量PCR验证结果。整一个实验设计和取样在文章中十分详细，相关研究领域的老师可以重点阅读。4植物感知与定植植物感知、定植是植物相关微生物重要的过程，如何感知附近的植物、如何富集、如何对抗或逃避植物免疫系统的捕杀这都是一个值得探究的问题。已有的报道提示我们，细菌鞭毛基因在感知植物游向植物过程中发挥了关键作用，到达植物后通过产生胞外多糖，有利于粘附上植株组织表面。定植和持久性是一个复杂的过程，结合代谢组学和宏基因组/宏转录组能够获得更多未挖掘的关键基因、代谢物信息，水稻内生微生物组学分析指出，与群体感应相关的群感效应信号分子包含酰基高丝氨酸内酯（AHL），自诱导剂-2系统（AI-2）等，具体信息可以了解这一篇综述。5微生物间的相互作用土壤环境、特别是根系土壤，聚集了各类微生物，一场不可避免的竞争正在无声上演。部分微生物能够分泌抗菌素或抗真菌化合物能够有效保护植物抵抗病原体，例如细菌VI型分泌系统（T6SS），能够分泌毒力蛋白使自身占据生态位；而一些微生物能够发挥协同作用，和平共处。
不同植株根部富集的微生物可能大相径庭，已有报道显示宏基因组能够检测到一种新的细菌几丁质酶参与植物抗真菌病原体过程。宏基因组和宏转录组学联合分析对真菌侵染的甜菜进行分析，发现应激相关基因（例如鸟苷四磷酸代谢通路）表达增加。通过spearman、pearson 、sparcc、kendall等多种模型助力挖掘互作关系。小结不难发现，杂志越来越倾向于使用多组学分析开展开展土壤微生物组研究，从多个维度解释微生物在各个过程中所发挥的潜在作用。微生物与植物、微生物与微生物之间关系研究，可能与植物生长发育、逆境胁迫中发挥重要作用，这也是能够指导我们对在栽培、农业中实践，改善传统化学手段解决农业问题的弊端。更多的信息推荐阅读这一篇综述：https://doi.org/10.1016/j.chom.2018.09.005.一直普遍存在，作为物种循环重要环节分解者的微生物，在组学研究的推进下，迎来了春天。如果你也有想法、思路、经验及建议，欢迎与我们联系。我们下期见。参考文献
DOI:10.1038/s41564-018-0129-3DOI:https://doi.org/10.1016/j.chom.2018.09.005doi.org/10.1073/pnas.1717308115DOI：10.1038/nature24624DOI:10.1038ISMEJ.2015.82DOI:10.1038/S41564-018-0129-3相关阅读Microbiome：不同严重程度的冠心病可用肠道菌群和代谢组来鉴别 | 微生物专题
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