【LorMe周刊】探究根际的秘密——"世袭霸权"
作者：汪宁祺，南京农业大学硕士在读。主要研究土壤抑病性的构建及meta分析。热爱分享，知识无价。
导读
之前一期周刊我们介绍了土壤的“祖传遗产”，本期周刊我们介绍植物与微生物互作中的“世袭霸权”。根际微生物在植物生长中扮演了重要的角色。研究发现，基于基因型的微生物群落组成导向与植物的适应性结果相关，为培育优良的土传性状提供了广阔的前景。
根际微生物
植物提供了相当比例的光合合成碳源以维持根际微生物区系，如糖、有机酸、植物粘液以及死亡边缘细胞。作为回报，在这种所谓根际微生物组中的有益微生物会为植物提供重要服务，比如增强植物结构、促进营养吸收及对抗病原菌（图1）。“微生物市场”概念（Werner G.D.A. et al.）已经能较好的解释植物微生物互作的基本原理。在“微生物市场”中，市场经济特性，如贸易伙伴之间的商品交换（植物-微生物和微生物-微生物）、供求动态及竞争的衰落，会驱动微生物群落在根-土界面的装配。
图1 植物基因型与根系微生物组组成的相互作用影响植物从根系相关微生物的获益程度。植物投入相当比例的光合合成碳源化合物以维持及塑造根系之中及其周围的微生物群落。反过来，植物从微生物编码的功能获益，提升了生长、发育、营养及免疫。植物基因型影响了根系代谢物、免疫系统功能及根系分泌物的组成（橙色框及箭头），反过来影响了根系微生物的活动与结构。土壤病原菌和互惠菌在各自与植物根系的联系中相对成功与否，取决于拮抗或支持它们的微生物的活性程度。这种微生物之间的相互关系（蓝色框）通过具有特定抑菌或益生菌活性、选择性抑制或支持微生物生长的分子的特异性产物和感知介导。总体来说，根系当中及周围的微生物区系为植物提供了重要的服务，如改善根系结构、增强营养吸收、促进植物生长、激活诱导系统抗性及土传病害的病原菌及刺激诱导系统易感性微生物（ISS）的抑制（紫色框和箭头）。
植物的基因型-微生物组交互
在农业系统及其他非自然的植物-土壤系统中，宿主基因型对根际微生物群落的影响远小于土壤种类，然而在长期植物-微生物互作共进化的自然生态系统中，植物基因型却影响深远。Haney等发现109个不同拟南芥附属种中假单胞菌定殖能力的差异与植物适应性相关联，这种基于宿主基因型的特异性影响可能由于抑菌化合物的差异所致。此外，假单胞菌的定殖能力差异会转化为他们对根际群落组成、促生、根际细菌引导系统抗性（ISR）或感病性（ISS）的影响。这个研究很好的强调了植物和微生物基因型共同决定根际微生物为植物提供有益还是有害的影响。
植物基因型特性塑造微生物组
因为植物将微生物识别为“异己”，根系微生物在默认情况下会被植物的免疫系统隔离。因此，有益微生物操纵宿主植物的免疫系统是建立互助有益关系的第一步。Lebeis等发现植物防御相关激素水杨酸在拟南芥根系内部的微生物装配中起重要作用。通过分析根系内生微生物水杨酸的生物合成和信号突变，他们发现水杨酸或水杨酸调节的植物进程调控根系特定微生物群落的定殖，进而给特定的细菌分类进入根系内部微生物群落设定了不同的闸门。这些发现准确地指出了植物基因型特征作为根际微生物群落结构进程的一员，与植物免疫相关。
未来展望
野生植物的遗传学特征有助于植物“指挥”根际微生物最大限度地发挥功能，这一观点为植物育种策略的优化提供了很大的前景。过去的几年中，植物微生物学的进步为植物的生物结构和组装的成功提供了重要的基础。详细了解根际“世袭霸权”特性如何在植物基因型和植物相关微生物中编码，将有助于设计未来作物与微生物农业相结合，以持续增加作物产量，减少有害化学物质的投入。
参考文献
Werner, G.D.A. et al. (2014) Evolution of microbial markets. Proc. Natl.Acad.Sci.U.S.A. 111, 1237–1244
Haney, C.H. et al. (2015) Associations with rhizosphere bacteria can confer an adaptive advantage to plants. Nat. Plants 1, 1–9
Lebeis, S.L. et al. (2015) Salicylic acid modulates colonization of the root microbiome by specific bacterial taxa. Science 349, 860–864
原文 ： The soil-borne supremacy
期刊: Trends in Plant Science， Feb. 2016
DOI : 10.1016/j.tplants.2016.01.018
作者: Corné Pieterse et al.
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南京农业大学-土壤微生物与生物有机肥料团队
微生态与根际健康实验室
Lab of rhizosphere Micro-ecology
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