New Phytologist | 堪萨斯大学研究揭示宿主基因型塑造微生物组组成！

宿主基因型在塑造微生物组组成和功能方面的作用是植物相关微生物群落的基础和应用研究的关键课题。了解微生物组遗传力的模式和机制是了解植物与微生物组相互作用如何进化的关键一步，并释放它们提高农业生产力和可持续性的潜力。微生物组变异的可遗传成分可能反映了植物与微生物之间的相互作用，这种相互作用是由自然选择作用于健康基础上的植物性状而形成的，这可能会在作物育种过程中发生改变（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！）。植物基因型也会影响对当地微生物物种库变异的表型反应（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！）。因此，物种内部和物种之间的遗传变异可能对利用植物相关微生物组的潜在益处产生重大影响，包括改善养分获取、抗旱性、防御和生殖物候（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！玉米及其根际微生物的进化史）。

尽管许多研究记录了微生物组组成的宿主遗传变异，但其中大多数比较了彼此之间关系不确定的基因型或使用突变体、转基因操作或数量性状位点 (QTL) 定位方法深入研究分子机制。因此，科研人员预测直接相关的两种宿主基因型（例如在已知谱系内）之间微生物组相似性的能力有限。最近，QTL 的基因渗入被证明可以改变五代玉米育种实验中的叶片微生物组，以提高玉米的抗病性；然而，在能够预测作物的遗传改良或自然种群的进化之后，微生物组可能会发生哪些变化之前，还需要进行此类额外的研究。

2021年6月，国际权威学术期刊New Phytologist发表了美国堪萨斯大学Maggie Wagner（PNAS | 美国堪萨斯大学研究揭示土壤微生物增强玉米杂交系生长活力!）和美国农业部James Holland团队的最新相关研究成果，题为Heterosis of leaf and rhizosphere microbiomes in field-grown maize的研究论文。

生物的基因型塑造了它们的表型，进而塑造了潜在微生物共生体可用的栖息地。宿主基因型对微生物组组成的这种影响已在许多系统中得到证实；然而，以前的大多数研究要么比较了不相关的基因型，要么深入研究了分子机制。因此，目前尚不清楚宿主相关微生物组的遗传性是否遵循与其他复杂性状的遗传性相似的模式。本研究通过比较不同玉米自交系及其F1杂交后代的微生物组来解决这个问题，使用16S-v4和ITS1扩增子测序在田间种植的植物的根际和叶片中对其进行量化。结果表明自交系和杂种系在细菌和真菌根际群落的组成以及与叶相关的真菌群落的组成上始终不同。广泛的微生物组特征在单个杂交中显示出杂种优势，与非微生物玉米表型的模式一致。对于叶片微生物组，这些结果得到了观察结果的支持，即杂种的广义遗传力大大高于狭义遗传力。本研究的结果支持了假设，即至少一些杂种优势宿主特征会影响玉米中的微生物组组成。

图1. 杂种优势概述及其与微生物组组成的假设关系

图2. 实验设计概述

图3. 玉米杂交种的微生物组组成不同于自交系的微生物组组成

图4. 相对于自交系，玉米杂交种的根际富集或枯竭了多种细菌和真菌类群

图5. 多种微生物组特性显示了玉米叶片和根际细菌和真菌的杂种优势的证据

图6. 宿主相关性影响微生物组之间的差异

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