Nature Protocols | 白洋和Schulze-Lefert团队建立植物根部细菌的高通量培养和鉴定方法！

植物的根部组装一个分类结构上的微生物群落，称为根部微生物群落（Nature | 年度重磅合集：植物微生物组！）。基于标记基因的扩增子图谱和宏基因组测序已用于描述植物（包括模式和农作物物种）在内的多种植物的根部微生物群落的分类组成和基因含量。最近的功能和机制研究揭示了根系共生微生物为宿主提供的服务。例如，根部细菌菌群保护植物免受土壤传播的真菌和卵菌病原体的侵害，并参与养分的利用（Science重磅 | 北卡教堂山分校和诺丁汉大学研究揭示微生物改变植物根系通透性！Science | 重磅！北卡教堂山分校揭示微生物群与根内皮的协调支持植物营养平衡！Science | 重磅！剑桥大学Giles Oldroyd课题组阐述植物通过共生微生物促进养分吸收！Cell Host & Microbe | 重磅！Schulze-Lefert团队揭示根系分泌香豆素与微生物互作改善植物铁营养！ISME | 英国华威大学研究揭示植物相关微生物中的生态位适应有利于磷吸收！）。宿主植物选择性地调节其根部微生物，继而影响多种植物生理过程。来自根部微生物群落的培养微生物已成为这些功能和机理研究的核心资源。

从给定环境中生长的植物根部培养天然细菌对于剖析根部微生物群落对植物生长和健康的功能至关重要（Nature | 重磅！Jeff Dangl团队揭示微生物组中的单一细菌属维持根的生长；Nature Reviews Microbiology | 植物-微生物互作：从群落组装到植物健康）。为了研究给定环境中根部微生物群落的功能，有必要从在相同环境（例如，相同土壤类型）中生长的植物的根部样品中分离和培养微生物。尽管已经分离了成千上万的培养微生物并将其存储在国际储备中心，但是这些微生物来自多种环境和宿主物种（Trends in Microbiology | 科学家强调构建微生物组生物库基础设施的必要性）。通常，没有足够的信息来确定一组培养的微生物是否是在特定生态位中定殖的微生物群落的代表性截面。此外，微生物适应性有望促进从不同栖息地和宿主采样的微生物之间的基因型和功能分化。由于这些原因，通常有必要从给定的天然土壤和宿主物种的组合中创建新的细菌种群，以剖析该系统中植物与根部微生物群落之间的相互作用。缺乏快速、有效的微生物培养工具，使得各个研究小组难以从其在不同环境条件下生长的植物根部微生物群落样品中获得全面的培养物。

2021年1月13日，国际权威学术期刊Nature Protocols发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所白洋团队和德国马克斯·普朗克植物育种研究所（Display your talent！走进德国马克斯普朗克植物育种研究所！）Ruben Garrido-Oter和Paul Schulze-Lefert团队（近5年37篇高水平文章！Paul Schulze-Lefert院士团队在先天免疫和植物菌群领域取得重大进展！）的最新相关研究成果，题为High-throughput cultivation and identification of bacteria from the plant root microbiota的研究方法论文。

在这项研究中，科研人员建立了一个简单明了的方案，即使用有限稀释度从新鲜的根部样品中分离高通量细菌，以确保大多数培养的细菌仅起源于一种微生物。然后使用双面条形码聚合酶链反应系统对菌株进行鉴定，以鉴定纯净的和异质的细菌培养物。科研人员的方法克服了传统细菌分离和鉴定方法的多重困难，例如获得具有不同生长速率的细菌，同时大大提高了通量。为了方便数据处理，科研人员开发了一种易于使用的生物信息方法流程，称为“Culturome”（https://github.com/YongxinLiu/Culturome）和图形用户界面Web服务器（http://bailab.genetics.ac.cn/culturome/）。该方法允许任何研究小组（没有生物信息学专业知识的两个或三个实验室成员）在8-9周内系统地培养与根部相关的细菌。

图1：高通量细菌培养和鉴定系统概述

图2：从根部菌群样品中分离高通量细菌

图3：使用双面条形码系统的细菌鉴定

图4：生物信息学分析以鉴定培养细菌的工作流程

图5：培养细菌的保存

图6：从O. sativa L.根部培养细菌的预期结果

更多精彩内容，点击下方“往期回顾”

喜欢就转发、收藏，点“在看”