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就像冰山一角，从土壤中萌芽的植物几乎暗示着下面的东西。在根与土壤相交的关系中，繁荣的微生物群落在植物健康和生长中起着重要作用。了解如何优化植物产量，部分是通过优化其微生物合作伙伴，对于农民和作物育种者来说是一项根本利益，他们致力于开发可持续作物，用于在不断增加的压力下从植物生物质中生产食物和先进燃料。全球人口。
“植物在土壤中生长，土壤中充满了微生物。美国国家科学院院士，霍华德休斯医学研究所研究员，北卡罗来纳大学约翰沙奇杰出生物学教授杰夫丹格说，这种植物有许多营养成分。“微生物从植物的根部渗出糖。植物可以从复杂的群落中选择有助于它们的菌株。但它是一个拥挤而复杂的生态系统。并且有微生物可以吸收植物营养并破坏植物。它们是病原体。“
植物激素调节微生物丰度
植物的免疫系统可以区分这些微生物中的朋友和敌人，并且在检测到病原体时，可以产生称为植物激素的调节化学物质以激活防御反应。在2015年7月16日在线发表于Science Express的一项研究中，由Dangl及其同事领导的团队，包括美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)的科学家，DOE办公室的科学用户设施，研究了三个人的角色。植物激素控制模式植物拟南芥中根微生物组的组成。
这项工作是作为DOE JGI大挑战项目的一部分开始的，该项目研究拟南芥的根相关微生物组，然后发展成为社区科学计划项目和NSF资助的微生物系统生物学研究，研究温室和田间的多种植物物种。 。“这是DOE JGI的一个重点关注领域，因为我们认为有益微生物组的培育对未来可持续生物能源作物生产至关重要，”DOE JGI Metagenome计划负责人Susannah Tringe表示。
为了更好地了解植物激素对根微生物组的影响，该团队将野生型根微生物组与缺少至少一种以下植物激素的突变体进行比较：水杨酸(SA)，茉莉酸或乙烯。以前的研究表明，即使有相似的起始微生物群落，感染后根微生物组的成分也会有所不同。在这个项目的早期演示中研究共同第一作者Sarah Lebeis是Dangl实验室的前博士后研究员，现在是田纳西大学诺克斯维尔分校的助理教授，他展示了Firmicutes，Proteobacteria和Actinobacteria的相对丰度是如何因为是否存在而变化的。这些植物激素。例如，在产生过多(超免疫)或过少(低免疫)水杨酸的植物中，与野生型微生物组相比，放线菌门内的家族的相对丰度较低。
基于这些发现，Lebeis和她的同事使用从野生土壤中生长的植物培养的细菌分离物检查根微生物组，以在无菌的土壤样基质中定殖不育根。在接种后追踪土壤样基质和植物根部内的这些合成细菌群落八周。用于这些群落的细菌中有近40种细菌分离株，其基因组已经在DOE JGI进行了测序。
潜在的植物多种维生素?
“在完全控制的重建实验中部署这些基因组使我们能够超越野生土壤中根系上存在的微生物的描述，向系统定义控制微生物丰度的机制。这也证明了获得环境分离株基因组的能力，“Lebeis说，他补充说，这项工作证实了他们的假设，即水杨酸会影响根微生物组成。即使在这种受控环境中，并且重要的是在没有病原体的情况下，它们能够显示植物免疫系统对根相关细菌的定殖具有重大影响。
了解水杨酸和其他植物激素在调节根微生物组成中的作用可能导致农业方法，其中植物定期用相当于成人多种维生素的方法进行处理，但如何在不影响生长的情况下改善病原体防御仍有待确定。
“SA的免疫系统功能主要在叶片中定义，是的，如果你喷洒SA或SA的化学类似物，可以使植物对某种病原体产生更强的抵抗力，”Dangl推测。“但是人们不想一直诱导植物免疫系统，就像你不想总是发烧一样。我们需要弄清楚SA如何帮助确定在健康根部内部和内部累积的细菌家族的平衡，以及它如何为植物带来益处。“
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