中国科学家在农业微生物领域获突破 | 水稻增产获新方

2019年4月29日, 中国科学院遗传与发育生物学研究所与华大基因等团队合作揭示了亚洲栽培稻根系微生物组与氮肥利用效率之间的关系，成果发表于《Nature biotechnology 》。

气候变化与人口增长对主粮作物——水稻的增产提出越来越高的要求。氮素是植物需求量最大的矿质营养元素，也是作物增产最重要的促进因子之一，提高作物对氮素的利用效率是实现农业可持续发展的重要措施。

亚洲栽培稻主要分为籼稻和粳稻两个亚种，此前研究发现，籼稻氮肥利用效率更高，导致两个亚种之间氮肥利用效率差异的主要原因则是NRT1.1B 基因的自然变异。

图1.籼稻米（左）和粳稻米（右）

该项研究通过将68个籼稻和27个粳稻根系微生物组进行比较，发现了两个亚种根系微生物组的多样性差异，并揭示了NRT1.1B 基因在氮素调节过程中发挥关键作用的机制——通过调控根系有氮转化能力的微生物来调节根系微环境，从而影响植株的田间氮肥利用效率。

图2.根系微生物组与水稻氮肥利用效率关系，

左为籼稻植株，右为粳稻植株

研究团队还成功分离培养了水稻根系70%的菌种，建立了第一个水稻根系可培养的细菌资源库，为研究根系微生物组的作用机制和功能奠定了基础，为应用有益微生物来减少氮肥施用创造了条件。

图3.细菌分离培养操作演示

最后，研究团队利用水稻根系细菌资源库人工重组了籼稻和粳稻的特异富集菌群，发现与粳稻富集菌群相比，籼稻富集菌群能够更好地促进水稻在有机氮条件下生长，进一步证实了根系微生物组对籼稻与粳稻氮肥利用效率的影响。

中国科学院遗传与发育生物学研究所白洋组博士后张婧赢、工程师刘永鑫、博士生张娜、储成才组副研究员胡斌、华大基因金桃为共同第一作者。中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才研究员、白洋研究员为共同通讯作者。

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延伸阅读

根系微生物组研究方案

栖息在土培植物根系的微生物参与植物的整个生命周期，帮助植物从土壤中吸收营养、抵御病害、适应环境胁迫。植物的生长代谢物则会成为根系微生物的营养和能量来源。根系微生物与植物形成的互作系统就是根系微生物组。华大基因可提供针对根系微生物组的研究方案，通过对根系微生物进行测序，研究根系微生物的组成、功能及其与植物的相互作用关系，为植物环境适应机制研究提供一站式解决方案和技术服务。

根系土壤样本取样方法：

晃动植物根部，去除大块土壤和松散的土壤后，使用无菌刷从根部收集残留土壤，液氮速冻，-80度保存并寄送。

组学技术方法：

16S测序；宏基因组测序

结果预期：

获得根系微生物组成和丰度信息，挖掘功能基因，构建物种代谢网络等

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撰稿、编辑：市场部

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