植物的根部经常形成微生物群落，这会影响植物的健康和发育。尽管这些微生物的招募是由多种因素决定的，但尚不清楚宿主植物中的遗传变异是否发挥了作用。在一项新的研究中，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员探讨了这个问题，他们的工作有助于提高农业生产力。

“以前，研究人员只研究了与植物相关的微生物类型，但没有研究可能驱动这些群落形成的因素，以及我们如何通过植物育种来控制这些驱动因素，”CABBI的AngelaKent说。)，自然资源和环境科学教授。

微生物在植物根部及其周围形成复杂的群落，称为微生物组。宿主植物可以利用化学信号决定哪些微生物被邀请进入它们的根部(称为内生菌)。它们还可以改变根部周围的土壤特性，以影响哪些微生物可以在根部表面或根际周围生长。

然而，为了根据与哪些微生物相关的植物来培育植物，研究人员首先需要了解植物基因组对根际微生物群的影响程度。

为了回答这个问题，研究人员研究了两种本土芒草——芒草和五花芒。这些植物被认为是潜在的生物能源作物，因为与传统作物相比，它们需要较低的营养浓度来实现更高的生长。

该研究在16个地点进行，涵盖了一系列环境条件，例如温泉、山峰和山谷，以代表所有可能的极端环境。研究人员从随机选择的芒草植物中收集了236个根际土壤样本，并分离了根内的微生物组。

“虽然这项研究的规模是前所未有的，但我们注意到植物保护和检疫法规。我们在处理样本，提取内生微生物群落并收集根际微生物组，”肯特说。

研究人员在他们的研究中使用了两种DNA测序技术。使用细菌和真菌rRNA基因的DNA序列来识别根部及其周围的微生物组，重点关注每个物种独特的基因组部分。植物基因组的变异是通过微卫星来测量的，微卫星是重复DNA的小片段，甚至可以区分密切相关的植物种群。

“这些样本是在15年前收集的，当时的项目对于当时的测序能力来说太大了。随着测序成本的下降，我们可以重新审视数据并仔细观察微生物组。在样本处理过程中，我们还无意中提取了植物DNA，我们能够将其用作对芒草种群进行基因分型的资源，”Kent说。

肯特实验室的博士后研究员NiuniuJi说：“我们筛选了宿主基因组序列，以了解它们如何影响微生物组。”“我发现这些植物会影响核心微生物组，这令人兴奋。”

尽管植物微生物组非常多样化，但核心微生物组是在一组特定植物的大多数样本中发现的微生物的集合。这些微生物被认为在组织与植物相关的其他微生物并帮助宿主生长方面发挥着重要作用。

研究人员在芒草中发现的核心微生物群包括在其他研究中在水稻和大麦中发现的固氮细菌。所有这些微生物在帮助植物获取氮方面发挥着作用，氮是植物生长的重要营养素。招募固氮微生物可能有助于植物适应不同的环境，但重要的是，这种能力有助于这种草作为潜在生物能源作物的可持续性。

另一方面，植物间遗传变异对根际微生物组的影响较小，而根际微生物组受土壤环境的影响更大。即便如此，与其他微生物相比，这些植物更加注重招募真菌。

研究人员有兴趣解析哪些基因在影响微生物组中发挥作用。“这些微卫星不具有生物学功能，不能代表整个基因组。如果我们能够对整个芒草基因组进行测序并弄清楚这些基因如何影响固氮，那就太好了，”季说。

“作物育种基于产量。然而，我们需要更广泛地审视并考虑微生物如何为作物的可持续性做出贡献，”肯特说。“与野生植物合作的吸引力在于，存在巨大的遗传变异可供观察。我们可以确定哪些变异擅长招募固氮微生物，因为我们可以在这些作物上使用更少的肥料。当我们开始研究时，这是一个令人兴奋的可能性将这些植物用于生物能源目的。”

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