Nature Reviews Microbiology | 专家点评：​作物微生物组与可持续农业

近日权威期刊Nature Reviews Microbiology发表了澳大利亚西悉尼大学Brajesh K. Singh教授课题组的专家点评文章，题为Crop microbiome and sustainable agriculture。

为了开发有效和合理设计的可持续农业微生物组技术，迫切需要对作物微生物组的结构和功能进行全球评估。这样的努力将提供有关植物物种及其微生物群落之间关键的生态和进化相互作用的新知识，这些相互作用可用于提高农业生产力（深度解读：如何操控植物微生物组改善农业？）。

到2050年，全球粮食需求预计将增长70％，以满足不断增长的人口需求。但是，面对持续的土地退化，土壤肥力下降，气候变化和极端天气事件增加，当前的农业实践不太可能满足这一要求。此外，经济（例如，生产成本高或利润率低），社会（例如，消费者对无化学食品的渴望），环境（例如，将水和空气污染降至最低）和政策建议开发创新的天然产品，以补充传统的耕作方式，以确保可持续提供食物。利用与作物有关的微生物被认为是实现粮食安全，支持健康环境的整体挑战的最有希望的长期解决方案之一。这些微生物负责资源的可获得性，植物健康以及对生物和非生物胁迫的适应力。

尽管土壤和植物微生物区系在作物生长和产量中都起着重要作用，但我们认为基于植物微生物区系开发的工具，包括内生菌和根际微生物区系，具有更大的机会。与利用散装土壤微生物群落相比，这种方法取得了成功。利用植物微生物群落成功的更大机会是由植物与其微生物群落之间的生态进化相互作用所驱动的（Science | 重磅！研究揭示微生物选择推动与宿主的共生！）。这些包括选择压力，该选择压力是由微生物群落的代谢耦合与根际中根系分泌物的化学多样性的需求所驱动的，以及由植物免疫系统引起的后续过滤作用，这仅允许少数微生物群落的富集。此外，植物及其微生物组之间的紧密物理联系对植物的生长性能产生了较大的影响，并且提供了操纵它们的工具（ Nature Reviews Microbiology | 植物-微生物互作：从群落组装到植物健康）。

当前的挑战

事实证明，目前使用微生物接种剂可以解决一些农学挑战。但是，由于在不同环境条件下疗效不一致，大规模采用率仍然较低。这种不一致是由科学技术问题导致的，包括缺乏定殖和/或表型表达，与本地土壤微生物区系的竞争，缺乏植物与微生物之间的相互认可以及植物驱动的选择。微生物组技术在农业系统中的成功应用需要解决这些基本知识空白。

解决方案

预计微生物产品将大大提高农场的生产力，抵御全球变化的能力，盈利能力和可持续性，同时大大减少化学药品的投入。但是，要实现这一期望，首先需要采取多种互补的方法来提供创新的解决方案和工具，包括通过针对作物的核心微生物组，确保产品与宿主及其微生物组兼容，开发和实施基于微生物组的产品和工具。通过使用生化试剂（例如吸引有益微生物的信号分子），遗传学（例如植物育种，利用基因组特征吸收有益微生物的基因组特征的基因编辑）和微生物（刺激活性的微生物）的原位创新微生物组工程方法其他有益微生物）工具；并采用基于跨学科系统的方法来确保将微生物组工具整合到常规农业中。

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