NBT:根际微生物组抗番茄枯萎病(IF:35.724)

本文转载自“微生太”,已获授权。

韩国学者Min-JungKwak等人于2018年10月8日在《nature biotechnology》上发表题目为《rhizosphere microbiome structure alters to enable wilt resistance in tomato》的文章。该文章揭示了根际微生物对植物免受病原体侵害的重要性。

文章摘要

番茄品种Hawaii 7996对土壤传播的病原体青枯雷尔氏菌（Ralstonia solanacearum ）具有抗性，而Moneymaker品种对病原体敏感。为了探究植物相关微生物在抗病性中是否发挥作用，我们在野外控制实验中分析了两个番茄品种的根际微生物组。

结果发现：（1）两个品种之间的微生物组结构明显不同。（2）移植抗性植物的根际微生物群可抑制了易感植物疾病症状。（3）通过根基宏基因组分析抗性和易感植物，结果发现同易感植物相比，抗性植物根际微生物组中含有更丰富的黄杆菌（flavobacterial）基因组。（4）我们培育了这种名为TRM1的黄杆菌，并发现它可以在盆栽试验中抑制易感植物中的青枯菌发病。

该研究结果揭示了天然微生物群在保护植物免受微生物病原体侵袭方面的作用，我们的方法为益生菌的发展提供了改善植物病害的途径。

热心肠日报导读

根际菌群变化可使易感番茄品种更抗病

gaoch 

原标题：改变根际菌群结构使番茄获得枯萎病抗性

① 两个品种的番茄，一种能够抗青枯雷尔氏菌引起的青枯病，另一种对其敏感；② 两种番茄的根际菌群中，黄杆菌在抗性品种中占优，而芽孢杆菌和β变形菌则在易感品种中占优；③ 将抗性品种移植到易感品种生长过的土壤中，抗性品种也能感病，反之则易感品种能抗病；④ 两个品种的根系分泌物对致病菌的生长都没有抑制作用，因而认为是根际菌群影响了植株抗病性；⑤ 分离到与病原菌有拮抗作用的黄杆菌，将其接种到土壤中可防止易感品种发病。

主编评语

抗病性是作物良种选育的重要考量之一。但是通过改变根际菌群，居然也可以使易感品种获得抗病性。那究竟是抗病品种塑造了能抗病的菌群，还是抗病菌群促进了抗病品种的抗性呢？

文中主要图片说明

图1 基于16S rDNA扩增子测序, 土壤群落结构的比较。（a）门水平的生物分类比较。第一个样本：活跃生长和第一个开花阶段的菌群; 第二个样本：结果和衰老阶段的菌群。（b）在野外控制实验和盆栽试验中Hawaii 7996和Moneymaker两品种之间科水平的相对丰度的相关性。x轴和y轴分别显示在野外控制实验或盆栽中生长的植物之间的归一化相对丰度的对数转换倍数变化。该图显示67个相对丰度≥0.1％的细菌家族，平均相对丰度值用圆圈大小表示。在两个实验中，彩色圆圈是相对丰度≥0.5且logFC值≥0.15或≤-0.15的细菌科。

图2 番茄栽培品种的移植试验和对青枯菌的反应。（a）Hawaii 7996和Moneymaker的根际菌群移植实验方案。（b）Ralstonia枯萎病在移植番茄品种上的发展程度。重复测量方差分析显示，Moneymaker培养的土壤中种植的Moneymaker与Moneymaker培养的土壤或Hawaii-7996培养的土壤中种植的Hawaii 7996之间存在显着差异（*** P <0.001），实验期间差异显著，品种与实验日期之间有显著的相互作用。然而，在Moneymaker培养的土壤中种植的Moneymaker与在Hawaii-7996培养的土壤中种植的Moneymaker之间没有明显差异（P = 0.1581），实验日期间存在显著差异，且品种与实验日期之间有显著的相互作用。鉴于我们观察到治疗和实验日之间的显著相互作用，我们在特定的实验日期进行了单独的测试（补充图7）。每个数据点代表三次独立实验的平均疾病指数（易感植物，n = 18，抗性植物，n = 20）。每个垂直条代表s.e.m.来自三个独立的实验。

图3 通过宏基因组对黄杆菌基因组的分箱和重建。（a）序列的聚类和分类分配。根据G + C含量和序列折叠覆盖率进行聚类。用门水平系统发育标记基因进行分类学分配。由于缺乏标记基因，灰色圆圈代表未分类的序列。黑色区域是许多灰色圆圈重叠的结果。（b）重建基因组的Circos圈图。内部的第一个圆圈显示按大小排序的57个叠连群。第二个圆圈代表补充图9b和补充表7中所示的955个TRG1特异性基因。第三个和第四个圆圈表示颜色代码中COG基因注释。第五个圆圈表示GC含量。最内部的蓝色散点表示tRNA基因，红线表示每个叠连群末端的成对末端读数的连接。（c）使用最大似然法构建基于在255个基因组中保守的13种蛋白质的Flavobacteriia的无根系统发育树。（d）三个黄杆菌科基因组测序的覆盖度，在整个宏基因组数据中检测到≥1×覆盖度的基因组。

图4 TRM1中的sigma因子和淀粉利用系统蛋白。使用基于Jones-Taylor-Thornton矩阵的方法对每个基因的氨基酸序列构建邻接树。（a）σ⁷⁰系列sigma因子的辐射树。在TRG1中的28个sigma因子中，TRG1_3374由于其长度短而不包括在树构造中。空心圆表示RpoD和RpoD同系物。菱形表明ECF型sigma因子。红色菱形表示sigma因子，其编码基因位于抗sigma因子基因和susC / susD旁边。在susC / susD对中，在叠连群13的一端检测到一个具有抗σ因子基因但没有sigma因子基因。天蓝色菱形表示sigma因子，其编码基因紧邻抗sigma因子基因，编码预测的外膜蛋白的基因参与营养结合。绿色箭头中的数字代表糖苷水解酶家族的数量。（b）SusC和SusD的圆形树图。红色圆圈表示SusC，蓝色方块表示SusD。在TRM1的基因组中，检测到23对susC / susD。天蓝色圆圈表示假定的外膜蛋白参与营养结合，其对应于a中所示的天蓝色基因。在TRG1中，许多其他基因含有SusC结构域区域，但它们的功能显然与淀粉利用无关。

图5 Flavobacteriaceae菌株TRM1-10及其对Moneymaker中细菌枯萎病发病进展的影响。（a）在琼脂平板上生长的TRM1-10细胞的显微图像。比例尺表示10μm。（b）在琼脂平板上生长的TRM1-10细胞的扫描电子显微照片。比例尺表示2.5μm。（c）在无菌育苗土壤中用TRM1-10处理的Moneymaker上的细菌性枯萎病的发病进展。重复测量ANOVA显示TRM1-10处理高密度（2×10⁸CFU/g土壤）和对照处理（** P = 0.0039714）之间的显著差异，实验日期间具有显著差异（P = 2.2×10^-16），以及治疗和实验日期间的显著相互作用（P = 0.0004604）。然而，在较低密度（2×10⁷和2×10⁶ CFU/g土壤）下的TRM1-10处理与对照处理（分别为P = 0.088和0.371）之间没有显著差异。（d）用TRM1-10，F.aquidurense RC62，F.daejeonenseRCH33，Flavobacteriumsp.处理的Moneymaker上的细菌性枯萎病的发病进展。TCH3-2或P. putidaKT2440在非无菌苗圃土壤中，重复测量ANOVA显示在非灭菌苗圃土壤中TRM1-10处理和对照处理之间的显著差异（* P = 0.03775）。每种黄杆菌菌株的处理与用于抑制细菌枯萎的非处理对照没有显著差异。注意到TRM1-10治疗与实验日期之间的显着相互作用（P = 3.081×10-6）。每个数据点代表来自三次独立实验的平均疾病指数，每次治疗包含30株植物。每个垂直条代表s.e.m.从三次重复（每次重复10株植物，n = 30）。

图6 Hawaii 7996和Moneymaker中TRM1-10和R. solanacearum的菌群动态。

（a）用于菌落计数和qPCR的根际和非种植土壤取样的实验方案。TRM1，TRM1-10; Rsol，R. solanacearum。（b）随着时间的推移，Hawaii 7996根际的TRM1-10的菌群变化。（c，d）有或没有青枯雷尔氏菌接种的Moneymaker根际中TRM1-10的菌群变化。（e，f）有或没有TRM1-10预处理的Moneymaker根际中青枯雷尔氏菌的菌群变化。框表示四分位数范围（数据的75％到25％，n = 5），中间值在框中显示为一行。异常值用点表示。双样本，双侧t检验用于比较样本之间的细菌群体。对于菌落计数结果，平均5次重复（n = 5）显示Hawaii 7996中TRM1-10的群体与第10天（D10，P = 0.005）和D14（P = 0.028）的Moneymaker相比明显更高，但在D7上观察到（P = 0.290）qPCR数据显示类似的结果没有显著差异; TRM1-10的群体显著高于夏威夷7996的D7（P = 0.0008），D10（P = 0.006）和D14（P = 0.037），而不是Moneymaker。在单独接种R. solanacearum的Moneymaker中的R. solanacearum种群显著高于在R.solanacearum接种后3小时用TRM1-10预处理的Moneymaker（通过菌落计数P = 0.0001;通过qPCR P = 0.01）。然而，青枯雷尔氏菌的种群在D10和D14上保持相似，并且在有或没有TRM1-10预处理的情况下没有显著差异。在植物中，仅用R.solanacearum处理的Moneymaker中的R. solanacearum种群更高（补充表13）。

参考文献

1. https://www.nature.com/articles/nbt.4232

2. 热心肠日报导读 https://www.mr-gut.cn/papers/read/1052507896?kf=mobile.search

3. 原文下载 https://sci-hub.tw/10.1038/nbt.4232 

了解更多菌群知识可以长按或扫描以下二维码关注“微生太”。

猜你喜欢

系列教程：微生物组入门 Biostar 微生物组  宏基因组

专业技能：学术图表 高分文章 生信宝典 不可或缺的人

一文读懂：宏基因组 寄生虫益处 进化树

必备技能：提问 搜索  Endnote

文献阅读 热心肠 SemanticScholar Geenmedical

扩增子分析：图表解读 分析流程 统计绘图

在线工具：16S预测培养基 生信绘图

科研经验：云笔记  云协作 公众号

编程模板: Shell  R Perl

生物科普:  肠道细菌 人体上的生命 生命大跃进  细胞暗战 人体奥秘  

写在后面

为鼓励读者交流、快速解决科研困难，我们建立了“宏基因组”专业讨论群，目前己有国内外2300+ 一线科研人员加入。参与讨论，获得专业解答，欢迎分享此文至朋友圈，并扫码加主编好友带你入群，务必备注“姓名-单位-研究方向-职称/年级”。技术问题寻求帮助，首先阅读《如何优雅的提问》学习解决问题思路，仍末解决群内讨论，问题不私聊，帮助同行。

学习16S扩增子、宏基因组科研思路和分析实战，关注“宏基因组”