Horticulture Research：植物界的“投之以桃，报之以李”的合作共赢典范

恭喜九舍基金委员会委员长——文涛博士于2020年10月01日，正值中国“双节相会之国庆节+中秋节”之际，在中科院分区TOP1期刊Horticulture Research 再次发表佳作。

作者心声这篇文章开始于2017年，当时这个是袁军老师安排的属于一个附属的小实验，测过来看看不同抗病性能的植物根际微生物群落是否存在变化，或者根际微生物群落是否在植物抗病中起着某种作用，在17年底我们整理结果的时候，发现显然是有的。没想到上半年就有了一篇ISME J发文大豆抗病感病品种的微生物群落差异，虽然规律不同于这篇文章，但我们后续的工作还是就想及时收住，放了一年多时间，等到后面19年的时候终于有时间继续这个工作。补充上了纯培养的部分，直接投到了Horticulture Research（IF= 5.4）。为什么我要写这么一段话呢？因为当时这篇文章是我分析体系形成的第一篇文章，也是我写的第一篇文章，里面包含了我自己思索的扩增子代谢组整合套路。所以对于初学者来说，希望带给大家学习扩增子代谢组套路。说实话Horticulture Research编委会非常负责人，最后proof之后再给我们语言和细节进行了前所未有的最细致的修正，有机会将这篇proof分享给大家。实在是受益良多。——文涛

研究背景镰刀菌枯萎病是世界范围内持续存在且广泛传播的土传疾病。近年来，越来越多的研究表明，某些有益的微生物可以被植物招募到根际，以抵抗病原体的入侵。这些有益的微生物可以产生次级代谢产物，例如2，4-二乙酰基间苯三酚来拮抗病原体，从而提高土壤对疾病的抑制能力。其他研究表明柠檬酸、果酸和富马酸等根系分泌物可以“勾引”有益的根际微生物。而且，最新研究发现来自拟南芥的特异的三萜化合物可以募集并维持拟南芥特有的微生物群。植物驯化可能会改变根系分泌物的形态，从而影响根际微生物群落的结构和功能。然而，根际微生物抗性是否能够弥补植物抗性的弱点是相对未知的。此外，尚不清楚哪种根际相互作用在根际微生物的抗性期间发生。

研究方法作者选择两个基因型差异非常明显的黄瓜品种（感病和抗病）， 分别在土壤中收集根际土壤和水培系统中收集根系分泌物，通过16S rRNA的扩增子测序和非靶向代谢组学分析根际有益微生物群落组成和关键的根系代谢物质。在此基础上，采用原位土壤纯培养试验结合外源添加4种鉴定到的核心分泌物（丙酮酸，柠檬酸，富马酸和琥珀酸）进一步明确根系分泌物对根际土壤微生物的影响。然后，从不同品种的根际土壤和添加分泌物的土壤中分离、筛选、纯培养和鉴定目标细菌菌株。最后，将该目标菌株与病原菌（Fusarium oxysporum f.sp. cucumerinum (Foc) ）纯培养并评价其抗病性。

主要结果 检测到Foc敏感品种的微生物群落均匀性相对较高，且Foc敏感品种的Comamonadaceae和Xanthomonadaceae的相对丰度高于其他品种。 FishTaco分析显示，在Foc敏感品种的根际细菌群落中，特定的功能性状（例如蛋白质合成和分泌，细菌趋化性和小分子的有机酸代谢途径）显著上调。结合FishTaco和代谢途径分析的机器学习方法表明，与抗性品种相比，Foc敏感品种以较高的丰度释放了四种有机酸（柠檬酸，丙酮酸，丁二酸和富马酸酯）用于招募潜在的有益微生物类群Comamonadaceae。进一步的验证表明，可以通过这些有机酸“培养” Comamonadaceae。 

Fig. 1 Analysis of rhizosphere bacterial communities between two cultivars

Fig. 2 Analysis of exudation profiles between two cultivars.

Fig. 3 Prediction of the major pathways mediated by microbial communities and KEGG pathway enrichment analysis of root exudates between two cultivars.

Fig. 4 Diversity analysis of bacterial communities in soil treated with different compounds.

Fig. 5 The disease resistance of Fusarium wilt by crops is normally divided into two strategies: strategy i (green) and strategy ii (orange). 

结 论 Foc敏感品种的Comamonadaceae和Xanthomonadaceae的相对丰度高于抗Foc品种。在较低的分类学水平上，与抗性品种相比，在Foc易感品种的根际土壤中发现了较高的假单胞菌属，溶杆菌属，嗜单胞菌属，假单胞菌，甲基杆菌，Hydrogenophaga和Rubrivivax属。易感品种黄瓜根系分泌物中的小分子有机酸丙酮酸，柠檬酸，琥珀酸和富马酸酯可以募集Comamonadaceae，在许多研究中表明该菌在抑制病害的土壤中含量很高。综合分析发现，易感黄瓜品种可以富集有益微生物（根际抗性），以弥补对病原体的“植物抗性”的不足。整个过程可能是由根分泌物分布的调节引起的。

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