ISME | 加州大学伯克利分校研究揭示控制根际微生物组遗传性的植物位点！

最近的研究表明，与根相关的微生物群落部分受宿主遗传学的影响（ISME | 密歇根州立大学综合空间、时间和植物基因型揭示普通菜豆根际的持久性微生物组！）。一项关于多种谷类作物根际微生物群落的研究表明，宿主遗传差异与微生物组组成之间存在很强的相关性，这表明植物微生物组的一部分可能受到一系列植物宿主中宿主基因型的影响。在玉米中，这些对基因型敏感或“可遗传”的微生物在特定分类学类别内聚类（ISME | 美国伊利诺伊大学研究还原玉米改良历史中根际微生物的改变过程！）。然而，尚不清楚这些谱系中基因型敏感性的提高是玉米微生物组所独有还是其他植物宿主所共有。

尽管有一致的证据表明宿主遗传学和植物微生物组组成之间存在相互作用，但鉴定驱动植物基因型依赖微生物组的获取和组装的特定遗传元件仍然是一个挑战。在基因参与的先验假设的指导下，已经开始剖析单个基因对微生物组组成的影响。但是，这些研究仅限于一小部分预计在微生物组相关过程中起作用的植物基因。此外，许多可能影响微生物组组成和活性的植物性状，例如根系分泌物和根系体系结构，本质上是复杂的，并可能由大量基因控制。由于这些原因，需要替代性的大规模且无偏见的方法来鉴定调节宿主介导的微生物组选择的基因。

全基因组关联研究（GWAS）代表了一种强有力的方法，可绘制与遗传多样性人群中复杂性状相关的基因座。尽管GWAS是人类遗传学的先驱，但迄今为止，大多数GWAS已在植物中进行，它已成为研究自然变异和农业重要性状的遗传基础的日益流行的工具（Nature Plants | 研究阐明水稻二萜抗菌素代谢的遗传基础及抗病机制！ISME | 瑞士纳沙泰尔大学研究揭示小麦病原菌对异质环境适应性的遗传基础！）。当有自交系时，GWAS可能特别有用。一旦进行了基因分型，这些品系可以进行多次表型分型，从而有可能在许多不同的环境中研究许多不同的性状。尽管GWAS通常用于单个定量表型性状，但也已对多变量分子性状进行了分析，例如转录组学或代谢组学数据。最近，已经进行了几次尝试，将宿主相关的微生物组普查数据用作GWAS的输入，从理论上讲，这将允许鉴定控制微生物组组成的宿主遗传基因座。

近日，权威学术期刊ISME发表了美国加州大学伯克利分校Devin Coleman-Derr（Microbiome | 加州大学伯克利分校综述全息组学技术，用于破译植物-微生物组的相互作用！）团队的最新相关研究成果，题为Genome wide association study reveals plant loci controlling heritability of the rhizosphere microbiome的研究论文。

宿主遗传学最近已被证明是植物微生物组组成的驱动因素。然而，确定控制微生物选择的潜在遗传基因座仍然具有挑战性。全基因组关联研究（GWAS）代表了一种潜在的强大无偏见的方法，可以识别对宿主基因型敏感的微生物，并将它们与影响其定殖的遗传基因座联系起来。本研究对200个高粱基因型的根际进行了群体水平的微生物组分析。使用16S rRNA扩增子测序，鉴定出与植物基因型表现出可遗传关联的根际相关细菌，并鉴定了这些谱系与最近在玉米中鉴定的可遗传分类群之间的显著重叠。此外，结果证明了GWAS可以识别与根际微生物组特定子集的丰富程度相关的宿主基因座。最后，证明这些结果可用于仅基于宿主基因型信息的知识来预测高粱基因型独立的根际微生物组结构。

图1：样本类型和总体选择

图2：可遗传的细菌是高粱根际的丰富成员

图3：玉米和高粱的根际微生物的遗传力保持不变

图4：高粱的遗传位点与根际微生物的丰度相关

图5：高粱遗传信息可用于预测不同生长条件下植物的根际微生物组组成

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