预印本/根际微生物群组装过程的分区定量

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写在前面:分享一篇有意思的文章，这篇文章还没有经过同行评审，只是预印本，但是其中量化评估根际微生物群组装过程的方法很新颖，在复杂的植物-土壤微生物组相互作用中，排除各种干扰量化其中的贡献程度不仅能促进理机制研究，还能为实际生产提供很好的指导作用。另外，我觉得文章应当用具体的试验数据去进行一次验证，以评估这种方法的拟合程度。

题目：Quantitative partition of the rhizosphere microbiota assembly processes

根际微生物群组装过程的分区定量

通讯作者：Ning Ling, Chao Xue

摘要

  土壤微生物库和植物招募是决定根际微生物群落组成的主要因素（即主动和被动过程），但迄今为止，还没有直接的方法来评估他们对根际微生物群落组成规则的各自贡献。我们提出了一个种有前途的方法来定量划分根际微生物的组装力量。我们预计，这种新方法不仅可以衡量植物对根际微生物群落组合的个个体贡献，而且还可以间接地通过植物选择的贡献提供定量评价土壤健康的方法。

      根际不仅对植物的营养、健康和质量具有重要意义，而且对整个农业生态系统中微生物驱动的生态系统功能和养分循环也具有重要意义。植物种类和土壤类型共同作用形成了根际微生物群落的结构和功能，表明植物选择和土壤微生物库共同作用形成了根际微生物群落。众所周知，植物可以通过根系分泌物和作为信号的化合物从土壤库中招募特定的微生物到根际，作为根际组装的确定过程。测量植物对根际微生物群落的影响程度，将提供一种改进的根际微生物共进化部分的评估。最近研究表明植物能在土壤库中留下根内微生物组的“指纹”。在植物多样性较低的环境中，人们可以预期植物对土壤库有明显的影响。这反映在土壤、根际和根内微生物群落的异质性降低。当土壤微生物层被侵蚀时，可能由于生物或非生物的压力源，也会出现类似的趋势。在这两种情况下，植物对根际微生物群的表观权重预计将变化（即根区土壤、根际和内生微生物群更相似）。因此，各植物过滤/招募权重的测量值，加上根区土壤微生物库的影响，应能解释对土壤库的干扰程度。

      在一个实验设计中，对土壤、根际土壤和植物根系进行采样，并且为三个分区中的每一个分区确定的微生物群落可以轻易地产生一个列联矩阵。基于该矩阵，β多样性通常被计算，显示了微生物群落的组成相似性。

      因此，基于Bray-Curtis的土壤（B）、根际土壤（R）和植物根内（E）样本之间的距离不同列出方程：

Ni，jk指样本i，jOTUk的丰度。

图1：基于Bray-Curtis距离的平面三角形在土壤（B）、根际（E）和根内（R）微生物群落结构中的分布。α是| BE |和| BR |之间的度角。面板A和B表示两种处理在平面上的排列。后箭头表示根际微生物群从土壤中聚集的矢量。面板C显示了计算角（α）尺寸的方程式。

      根据这些距离，可以在平面上构造三角形（图1）。因此，从这些顺序可以很容易地计算出从土壤到内生层的距离（| BE |）和从土壤到根际的距离（| BR |）之间的角度（α）大小。

图2：根际微生物组合力分解为植物选择矢量和土壤储层矢量。以根区土壤（B）与内生（E）的连线为基础，构建X轴，Y轴在B点处画成一条垂直线，蓝色表示根际微生物群落的分块组装矢量。A和B表示两种处理方式。面板C显示了“植物选择”和“土壤库”的方程式。

      然后，我们可以将内生（E）点与根区土壤（B）点联系起来。基于这条线，构造了一个X轴，然后在B点，画了一条垂直线作为Y轴。因此，代表来源根区土壤的根际微生物组合贡献的矢量可以沿着X轴和Y轴分解。由此沿着X轴产生的矢量，加权“植物选择”的影响，因为内生菌组合主要取决于植物基因型；根内生菌组合绝大多数依赖于土壤微生物库，因为很少有物种来自种子或其他可忽略的环境。

另一个矢量，沿着Y轴，始终指向根际，表明土壤储层随机影响根际微生物的组装。这一随机过程受土壤微生物库效应的影响，可加权衡量为 “土壤库”。

      如上所述，我们成功地加权衡量了植物选择（一个确定的过程）对根际微生物群组装产生影响的主要过程和土壤库（一个随机过程）对根际微生物群个组装产生影响的主要过程。这些效应分别被称为“植物选择”和“土壤水”。

      然而，有趣的是我们观察到：如果α<90°（图2A），植物选择效应的值可以是正的，这意味着矢量指向内生微生物组的方向，表明植物选择赋予根际微生物装配的招募力。如果α>90°（图2B），得到植物选择的负值，这意味着矢量相对于内生微生物指向相反的方向。这一负值表明，植物选择是组合选择中的一种排斥效应，可能是由于植物生长与本地微生物群不相容所致。我们怀疑这种不相容性可能是在有利于疾病的土壤中观察到的，因为之前的研究已经报告了有益微生物的招募以维持健康。因此，如果土壤微生物库的特征是微生物类群不利于植物适应度，则可能发生植物源性的负选择。

结论

      总的来说，该方法为从植物选择（一个确定的过程）和土壤库（一个随机的过程）中划分根际微生物组的贡献提供了一个平台。例如，该方法可用于不同土壤中同一品种植物或同一土壤类型中不同品种之间土壤库效应的量化。这种权重方法也可以提供一个可比较的参数来评估土壤对植物生长的健康的影响。

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