毛果杨寄主基因型对根际微生物群落分化研究 | 微生物专题

文章名：毛果杨寄主基因型根际微生物群落分化研究发表期刊：Microbiome影响因子：11.607发表时间：2019.5实验方法：通过16S rRNA基因细菌、古菌和ITS2多样性测定根际微生物组分




研究背景植物通过协调的代谢机制为植物病原和食草动物的保护开发了防御策略。植物组织中产生的低分子量代谢物，如水杨酸，是一种可能介导地上和地下植物——微生物相互作用的机制。水杨酸是一种普遍存在的植物激素，在大多数植物中含量较低，但在杨树中是一种集中的防御化合物，可能是根际微生物群落的选择。而植物微生物群是植物健康和生产力的主要决定因素，并有可能通过提高生长、养分利用效率和胁迫耐受性来改善可持续农业实践。最近的研究表明了植物根和根际（植物根周围的土壤）微生物群落在植物物种或基因型内的特异性，以及植物寄主和土壤微生物群之间的复杂相互作用。然而，跨越大空间范围的环境变化，如土壤或气候条件到通过植物——微生物细胞过程的小尺度相互作用，如植物介导的化学信号，可能同时影响地下微生物群落的发育和维持。尽管土壤类型对根微生物群落的聚集有影响，但植物寄主内的遗传变异与不同的微生物定植相关。此外，地下和地上的微生物群落可能在植物遗传控制方面表现出不同的变化。相对于地下，在地上细菌群落中表现出更大的遗传控制。土壤条件与寄主选择过程在确定植物微生物组分，特别是在树种中的相对重要性，在很大程度上尚未被探讨，这可能取决于植物物种之间或植物物种内部的广泛生理或遗传差异。
主要结果
土壤来源是导致细菌/古细菌和真菌群落分化的主要因素，植物基因型的影响次之。细菌/古细菌和真菌的均匀度因土壤来源和细菌/古细菌多样性而不同，且均匀度至少与一种SA代谢物相关。不同寄主基因型的水杨酸衍生物的产生导致同一土壤来源细菌/古生菌和真菌的成分差异。几种优势菌（如Betaproteobacteria，Acidobacteria，Verrucomicrobia，Chloroflexi，gemmatinamadete，Firmicutes）和一个真菌门（mortiellomycota）也与特定的SA次生代谢物相关；细菌门表现出更多的负相互作用（随着代谢物浓度的增加而减少）比正相互作用更多。
结果说明
土壤来源的微生物群落分化最为明显。土壤中细菌/古细菌群落对温室根际微生物群落中植物SA的产生有反应。真菌微生物群受到根SA代谢物的影响，但总体而言，在这个实验环境中影响程度较小。这些结果表明，植物防御策略，如SA及其次生代谢物，可能部分地驱动细菌/古细菌和真菌类群的特定定殖。1.植物代谢组学和植物性状数据2.微生物α多样性
细菌/古菌Simpson的多样性和均匀度在土壤来源和植物基因型之间存在差异，土壤来源和植物基因型之间存在显著的交互作用。Corvallis土壤的细菌/古菌多样性增加0.02%，而Clatskanie土壤的均匀度增加约10%。真菌多样性在不同土壤来源间无差异。真菌均匀度在基因型之间没有差异，但与细菌/古菌均匀度相反，Corvallis土壤中真菌均匀度比Clatskanie高出约54%，且具有显著的土壤来源x基因型相互作用。在贫瘠的Corvallis土中，细菌/古细菌多样性和均匀度均与特定代谢物相关:多样性和均匀度随种群浓度的增加而增加，而均匀度也随着总酚含量的增加而增加，随着tremuloidin产量的增加而减少。3.微生物β多样性12个基因型的毛果杨以及不同地点（Clatskanie和Corvallis）土壤来源之间细菌/古菌(a)和真菌(b)的非度量尺度标度排序。其中，颜色表示基因型，形状表示土壤来源。圆圈代表生长在Clatskanie土壤中的微生物群落，三角形代表Corvallis土壤。土壤来源和基因型解释了细菌/古生菌(~ 59%)和真菌(~ 45%)群落组成差异较大的原因。细菌/古菌和真菌群落排序的胁迫系数均为0.06。
总结植物——土壤——微生物相互作用以及植物通过SA进行次生代谢的作用，在很大程度上还未被探索与各种外源微生物组的关系。本研究证实了大规模环境条件和环境异质性对驱动土壤微生物群落多样性的重要性，同时也验证了植物寄主基因型和化学型在周围根际土壤中作为选择压力的贡献。特别是，SA及其衍生物的水平会导致不同土壤来源的根际关键细菌/古细菌和真菌群的转移。将杨树作为生物能源储备的倡议可能不仅需要考虑基因型和地下微生物群之间的相互作用，而且还需要考虑宿主的化学类型，这种类型在基因型之间和在基因型内可能有很大的差异。这些结果应该是未来植物——微生物相互作用研究的一个重要考虑因素，试图整合植物代谢组和微生物组。参考文献Veach Allison M,Morris Reese,Yip Daniel Z et al. Rhizosphere microbiomes diverge among Populus trichocarpa plant-host genotypes and chemotypes, but it depends on soil origin.[J] .Microbiome, 2019, 7: 76.相关阅读Nat Rev Microbiol：植物微生物组互作：从群落装配到植物健康| 微生物专题
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