Nature Communications | 加州大学伯克利分校揭示铁代谢对干旱诱导根际微生物组动态的作用！

生活在陆地生态系统中的生物必须能够适应由于每日和季节性波动引起的可用水量变化而导致的干旱条件。植物，作为固着生物，已经适应了耐受、抵抗或避免干燥环境产生胁迫的策略。为了响应土壤中的水分梯度，植物改变了它们的生理机能，改变了根的生长和结构，并关闭了其地上部分的气孔。最近，已经证明与地面上和地下的微生物的相互作用在增强植物在干旱下的生存能力中发挥了作用，干旱显着影响了这些相互作用，从而改变了根部微生物组的结构和功能（生活在地下的细菌能否有助于应对气候变化？真菌如何帮助植物应对全球气候变化？真菌如何应对全球变暖所带来的干旱胁迫？）。据推测，未来的干旱可能比最近几十年更频繁、更严重、更持久，需要新的且可快速部署的解决方案，以提高农作物的耐旱性（Cell | 加州大学戴维斯分校研究揭示通过根部在干旱情况下增加粮食种植成为可能!）。对干旱期间和干旱后植物与微生物之间复杂反馈的了解将为利用根际微生物组增加作物生产对干旱的适应性铺平道路。

对不同植物物种的一系列研究表明，在干旱期间，植物根部微生物群落转向有利于放线菌和其他革兰氏阳性菌，它们取代了通常居住在那里的大多数革兰氏阴性菌群。这种富集在根内最普遍，但在周围的根际也可以观察到。此外，这种富集已被证明与干旱的强度和持续时间成正比，当水回到根系时迅速消失。最近提出了关于微生物组发展的这种保守模式的根本原因的几个假设，主要是基于宏转录组学测定的富集分类群的假定遗传特性和代谢能力以及这些干旱胁迫相关群落的集体活动。然而，更多的分子证据和对与干旱富集现象相关的微生物性状的详细剖析，由于缺乏根际群落单个成员的遗传和功能信息而受到阻碍，这将允许对干旱富集和干旱耗尽的分类群的性状进行比较分析。

2021年5月28日，权威学术期刊Nature Communications发表了美国加州大学伯克利分校Devin Coleman-Derr团队（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！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！）的最新相关研究成果，题为Genome-resolved metagenomics reveals role of iron metabolism in drought-induced rhizosphere microbiome dynamics的研究论文。

最近的研究表明，干旱会导致根部微生物组发生剧烈的、高度保守的变化。目前，这些反应背后的分子机制仍不为人所知。本研究采用宏基因组学和比较基因组学来证明碳水化合物和次生代谢产物的运输功能在干旱富集的微生物群落中的过表达。这些数据还表明，细菌铁转运和代谢功能与干旱富集高度相关。RNA-Seq数据证明了根内的铁稳态受到干旱胁迫的影响，而植物铁转运蛋白的损失会影响微生物群落组成，从而导致干旱富集的放线菌显着增加。最后，结果表明，铁的外源添加破坏了干旱引起的放线菌的富集，以及它们在干旱胁迫期间宿主表型的改善。总的来说，本研究的结果表明根际微生物组对干旱的反应中涉及铁代谢，并可能为提高植物耐旱性以增加粮食安全提供信息。

图1：干旱条件下高粱根际微生物群落的相对丰度图

图2：干旱条件下根际和土壤中细菌基因功能能力的富集

图3：55个MAG的系统发育树

图4：根际干旱富集的放线菌宏基因组MAGs的GO富集分析

图 5：干旱胁迫下高粱根中铁代谢基因的表达

图6：植物中TOM1缺乏决定了根际微生物群落的组成

图7：外源铁破坏链霉菌的富集并逆转植物的生长促进能力

图8：铁、干旱和根际微生物组之间的相互作用模型

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