人體內(nèi)數(shù)量龐大的腸道菌群，被稱為健康“晴雨表”。與人和自己腸道微生物的關(guān)系類似，植物根系中也有微生物類群，有些還能幫助植物抵御干旱、病害等。

10月7日，由華大主導(dǎo)，聯(lián)合中科院植物分子科學(xué)卓越創(chuàng)新中心在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》發(fā)表研究論文。該研究通過關(guān)聯(lián)分析，揭示了谷子基因型、根系微生物組與農(nóng)藝性狀之間的互作網(wǎng)絡(luò)，首次提出基因型依賴的微生物效應(yīng)。研究結(jié)果有助于定向改善植物對環(huán)境的適應(yīng)性及其生產(chǎn)力，為生物育種及增產(chǎn)提供新途徑。

微生物影響谷子產(chǎn)量

華大相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，此項成果由研究谷子產(chǎn)量開啟。

起源于我國最古老的作物之一，谷子性狀復(fù)雜，決定其產(chǎn)量的關(guān)鍵性基因位點至今尚未被找到。因此，深入理解影響谷子的遺傳和環(huán)境因素，對提升其品質(zhì)和產(chǎn)量而言尤為重要。因此團(tuán)隊將目光投向了谷子的微生物組。

據(jù)悉，此次研究選取了827種不同品種的谷子，基于每種谷子的基因型數(shù)據(jù)、根表微生物數(shù)據(jù)、12種生長和產(chǎn)量表型數(shù)據(jù)，整合全基因組關(guān)聯(lián)分析、宏基因組關(guān)聯(lián)分析和微生物組全基因組關(guān)聯(lián)分析方法進(jìn)行系列研究。

通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，研究團(tuán)隊量化了谷子基因型與根表微生物組成對谷子生長和產(chǎn)量變化的影響。研究發(fā)現(xiàn)，基因型與根表微生物的組合能夠更好地解釋谷子農(nóng)藝表型的變化，揭示了谷子基因型與微生物組共同影響谷子的生長和產(chǎn)量性狀。

不同微生物有自己的“想法”

明確了基因型和微生物能夠影響谷子的生長和產(chǎn)量之后，研究團(tuán)隊鑒定出200多種微生物，這些微生物與谷子的關(guān)鍵農(nóng)藝性狀顯著相關(guān)，有的對谷子生長起顯著促進(jìn)作用，有的則起抑制作用。

為驗證每種微生物的具體功能，研究團(tuán)隊通過田間分離微生物菌株，證實了微生物標(biāo)志物介導(dǎo)的促生和抑制生長的效應(yīng)，且不同微生物標(biāo)志物促生長的機(jī)理具有菌株特異性。

“在促生長的微生物中，有的負(fù)責(zé)促進(jìn)谷子的株高，有的負(fù)責(zé)促進(jìn)根的生長，有的促進(jìn)植物的光合作用，有的則是促進(jìn)植物的營養(yǎng)吸收，還有的則是促進(jìn)植物的免疫能力。每一種微生物的調(diào)控機(jī)理是不同的。”相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。

不同谷子會選擇不同微生物作伴

正如每個人的飲食偏好不盡相同，每種谷子對于微生物的選擇也各有喜愛。研究揭示，盡管谷子有兩個基因(宿主免疫相關(guān)的基因FLS2和轉(zhuǎn)錄因子bHLH35)可能參與了大部分微生物的調(diào)控，但不同基因型的谷子依然會選擇特定的微生物類群進(jìn)行互作。

本次研究項目的主要負(fù)責(zé)人王亞玉表示：“接下來，我們將進(jìn)一步孵化完善精準(zhǔn)種植模式，把DNA層面的精準(zhǔn)育種和微生物生態(tài)肥料、水肥一體化、全程田間管理、精準(zhǔn)播種等現(xiàn)代種植技術(shù)相結(jié)合，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化種植的示范區(qū)，促使作物生產(chǎn)最大化。”(首席記者 袁斯茹)