Nature Plants | 美国普渡大学综述在不同农业生态系统中进行精准微生物组管理的新兴策略！

微生物对于生态系统健康至关重要。从与土壤、植物和动物有关的微生物群落的大量研究中，揭示了一系列微生物驱动的对生态系统功能的影响。微生物不仅与其宿主形成专门的关系，而且还负责推动全球的碳和氮循环（生活在地下的细菌能否有助于应对气候变化？微生物和碳循环；微生物和氮循环；“少肥多产”不是梦；Nature Communications | 微生物多样性驱动土壤碳利用）。例如，在植物和动物反复极端地依赖微生物来满足营养需求，使宿主生物能够生活在原本会被排斥的栖息地中。微生物占地球生物量的15％以上，并负责推动许多生态过程，包括生物地球化学循环和植物获取养分（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！PNAS | 南京农大和美国德州理工大学研究揭示菌根真菌介导的水稻氮素吸收！）。因此，微生物被交织到自然和可管理的多层生态系统功能中。

几十年来，研究人员做出了巨大的努力来表征对生态系统健康至关重要的微生物群落。微生物组研究相关的几篇论文详细介绍了与土壤、植物和昆虫相关的微生物的复杂群落和多重作用。但是，当前对了解微生物群落如何影响生态系统的兴趣浪潮涉及到对不同环境中的微生物多样性进行分类的重大转变。现在的研究工作旨在探究影响微生物组结构和功能的因素，测量源自微生物组宿主表型的遗传力，并确定哪些过程控制微生物组的稳定性和对干扰的适应力。农业生态系统已成为研究的热点，重点在于利用微生物群落的有益特性改善作物健康并保护植物免受胁迫（深度解读：如何操控植物微生物组改善农业？Nature Reviews Microbiology | 专家点评：作物微生物组与可持续农业）。在整个农业历史上，人类一直采用种植策略避免土壤传播的病原菌积聚，并故意使用微生物与农业害虫作斗争。然而，传统上将与土壤、植物和昆虫相关的微生物群落作为不同的领域进行研究，各学科之间的相互影响有限。最近的研究强调了微生物群落相互联系的性质，特别是那些与植物，土壤、昆虫食草动物和授粉媒介有关的微生物群落（图1）。随着对与作物相关的微生物群落的复杂性和相互联系的性质的认识的提高，显然需要统一我们对驱动微生物组装配和功能过程的理解。在作物微生物组的重叠部分整合知识对农业生态系统健康和长期可持续性具有重要意义，包括建立最佳管理方法和推进基于微生物组的技术（Nature Microbiology | 微生物组创新，实现可持续发展的未来！Nature Reviews Microbiology | 植物-微生物互作：从群落组装到植物健康）。

近日，国际顶级学术期刊Nature Plants发表了美国普渡大学Laramy Enders团队的最新相关研究成果，题为Emerging strategies for precision microbiome management in diverse agroecosystems的综述论文。

植物相关微生物已成为应对农业可持续发展挑战的一种尚未开发的资源。然而，尽管人们对最大限度地发挥微生物功能以提高作物产量、资源效率和抗胁迫能力的研究兴趣日益浓厚，但研究一直在努力利用农业微生物组的有益特性来提高作物性能（Nature Food | 苏黎世大学研究揭示增加土壤微生物多样性是提高作物产量的关键！）。在此，本文介绍了农业微生物组研究的历史弧度，强调了当前的进展和新出现的有意操纵微生物组以提高作物性能和可持续性的策略。并综合了当前管理农业微生物组的实践和限制，确定了我们对微生物辅助作物生产的理解中的关键知识差距。最后本文提出了本领域研究的优先事项，包含了对作物微生物组的整体看法，以实现精确的微生物组管理，在不同的农业系统中进行量身定制、预测和整合。

图1：与农作物有关的微生物群落（土壤，植物和昆虫）受到主要农业实践的影响

图2：微生物学信息化管理的未来需要整合管理实践、特定宿主因素和定制的微生物生物技术

图3：第三代微生物组管理将针对不同的耕作系统进行量身定制，使用预测分析来优化管理，并跨管理、微生物生物技术和宿主遗传学进行整合

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