ISME & eLife | 多尺度研究发现影响高粱干旱反应的微生物!

干旱是对农业系统最大的威胁之一，导致不可预测的作物产量、农场收入下降，以及病害爆发的增加。仅在美国，自20世纪80年代以来，干旱已使国家损失了2490亿美元。提高作物抗灾能力的一个潜在解决方案是用细菌（又称植物"益生菌"）接种种子，已知这些细菌可以提高植物的抗旱能力。虽然科学家们已经确定了许多在实验室中显示出前景的微生物，但在农业田间研究中复制它们的功效证明要困难得多，主要是由于现实世界中复杂的环境变化。

美国唐纳德·丹佛斯植物科学中心(Plants are wonderful teachers！走进美国唐纳德-丹佛斯植物科学中心！) Rebecca Bart（PLOS PATHOGENS | 宿主-病原菌军备竞赛的升级：宿主抗性反应与细菌毒力反应增强相对应！）团队率先进行了新的研究，解决了衔接实验室和田间研究之间有关作物-微生物相互作用及其对抗旱性影响的差距这一挑战。他们的工作有可能加速作物对干旱条件的适应，并为田间的农民简化了实验室的研究结果。他们的研究，Identification of beneficial and detrimental bacteria impacting sorghum responses to drought using multi-scale and multi-system microbiome comparisons和Increased signal-to-noise ratios within experimental field trials by regressing spatially distributed soil properties as principal components最近分别发表在The ISME Journal和eLife上。

科研人员采取了一种系统级的方法来确定影响高粱干旱反应的微生物，这项工作跨越了实验室的"无菌、受控环境"，以及充满复杂土壤特性、不均匀地形和不均匀水分积累的田间实验。研究小组发现，至少有六种在实验室中造成根系发育缺陷的微生物，阻碍了高粱幼苗的高度，也对高粱在田间的生长产生了负面影响。最大的进展是，科研人员在受控环境和田间观察到类似的模式。令人震惊的是，科研人员还发现了一种促进根系生长的新微生物，这是提高作物抗旱能力的一个关键特征。

这项研究在过去五年中进行，并非没有挑战。环境变化使现实世界成为进行科学研究的嘈杂之地。科研人员需要开发一个模型，以考虑田间实验中混杂的生物变量：土壤pH值和磷含量等因素，这些因素在田间地头会有很大的变化。通过结合来自几个机构合作者的巨型多变量数据集，科研人员能够使用复杂的计算模型来理解和克服田间的变化。其结果是一个首创的统计模型，说明了影响作物和微生物性状的土壤特性。科研人员现在可以比较他们在实验室和田间的结果，而不必担心环境变化可能改变他们的田间观察。除了处理复杂的统计数据和与全国各地的科学家合作之外，科研人员利用Bellwether基金会的表型设施，对干旱和微生物处理如何影响高粱的生长和发育进行了可视化和量化，作为他们受控实验室实验的一部分。该团队正开始在玉米等其他作物系统中复制他们的方法。

田间布局的图形描述，每个单元是田间的一个小区

土壤属性变化与多种表型的关系

土壤性质的变化可以被压缩成主成分

核算微生物组数据中土壤属性差异的影响，发现与微生物丰度相关的植物表型

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