寄生性微生物基因組的研究熱潮襲來，前段時(shí)間剛剛公布的系列人類微生物基因組研究成果給我們帶來了諸多驚喜，而一期（8月2日）的Nature又以封面的形式公布了與植物有關(guān)的根系微生物群體的基因組信息，在這個(gè)進(jìn)行的大規(guī)模分析中，來自北卡羅萊納大學(xué)教堂山分校，以及美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所（DOE-JGI）的研究人員發(fā)表了題為“Defining the core Arabidopsis thaliana root microbiome”的文章，全面分析和比較了上百種類型的細(xì)菌微生物，深入解析了“植物微生物組（plant microbiome）”的機(jī)制，建立了相關(guān)領(lǐng)域的迄今為止zui完整的實(shí)驗(yàn)框架。
這篇文章的通訊作者是北卡羅來納大學(xué)Jeffery L. Dangl教授，這位教授是的生物學(xué)家，曾在植物對(duì)疾病產(chǎn)生應(yīng)答的信號(hào)過程，以及基因分析研究方面獲得重要成果。2007年當(dāng)選為美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士。
Dangl教授說，“幾十年前，科學(xué)家們就知道植物能通過與微生物的相互作用，促進(jìn)生長(zhǎng)”，研究人員逐個(gè)逐個(gè)的分析了這些相互作用，分析這些微生物菌群對(duì)植物生長(zhǎng)所起的作用，但是實(shí)驗(yàn)室溫室環(huán)境畢竟與天然環(huán)境不同，細(xì)菌也不是單獨(dú)行動(dòng)的，“每鏟土都是不同的，微生物菌群也是非常多樣，極其復(fù)雜的，”Dangl教授說，“在這個(gè)生態(tài)社會(huì)中，大家都采用著復(fù)雜的分子信號(hào)進(jìn)行交流。”
土壤是植物整個(gè)生命周期賴以生存的依據(jù)，因此植物需要能了解和適應(yīng)這個(gè)營(yíng)養(yǎng)供給環(huán)境，Dangl教授解釋道，科學(xué)家們推測(cè)，植物可能“聘請(qǐng)”某些微生物做“助手”，幫助它們茁壯成長(zhǎng)，但是關(guān)于這種相互作用，至今還大部分未知。關(guān)于一種植物的基因如何影響其根系周圍，或者內(nèi)部微生物菌群建立的情況，還幾乎是空白領(lǐng)域，Dangl教授說。
在過去25年里，Dangl教授通過分子生物學(xué)分析植物用以抵抗病原菌入侵的防御機(jī)制，梳理出基因在植物免疫系統(tǒng)的作用。“我們的研究聚焦于這一相互作用——在受控的實(shí)驗(yàn)室條件下的一種植物和一種微生物，”他說，“從這些研究中我們學(xué)到了很多，但zui終能到達(dá)一個(gè)點(diǎn)，在那里可以對(duì)已知的東西更深入的了解，或者提出一種新觀點(diǎn)來”。這一次，他決定采用能更好反應(yīng)復(fù)雜地下生活的一種方式來探討植物-微生物的相互作用。
接下來研究人員收集這些根際土壤，以及清潔干凈的根，分析根系細(xì)胞中存在的微生物，這樣幾個(gè)星期后，當(dāng)植物變得生長(zhǎng)的非常緩慢了之后，研究人員又收集根系和土壤。
為了能將每個(gè)樣品中的細(xì)菌分類，研究人員采用了一種基于16S核糖體的RNA（16S rRNA）基因序列的識(shí)別方法，這種序列存在于所有的細(xì)菌中，但是各不相同，能用于區(qū)分大多數(shù)細(xì)菌類型。為了完成這一大規(guī)模的測(cè)序工作，Dangl研究組與能源部聯(lián)合基因組研究所的Susannah Green Tringe研究組合作，展開工作。
他們分析了模式植物擬南芥這一單一植物中可能存在的，多達(dá)120種不同類型的細(xì)菌，比較了土壤中的微生物菌群與根系菌群，“我們希望能了解調(diào)控根系上的微生物菌群，幫助植物生長(zhǎng)的分子機(jī)制，生態(tài)學(xué)家認(rèn)為這是一個(gè)包含120個(gè)變量的問題，但是我想要建立一個(gè)根本機(jī)制，我希望能在已被研究的多種相互作用之間建立關(guān)聯(lián)，使其能具有預(yù)測(cè)性。”
因此Dangl教授帶領(lǐng)著他的研究生Derek Lundberg，和Sur Hererra-Paredes等人，分析了不同土壤，不同遺傳背景下的上百個(gè)擬南芥根系周圍和內(nèi)部的微生物，并進(jìn)行了基因組比對(duì)。
他們首先剔除了土壤中的蠕蟲和昆蟲，將土碾碎形成均勻的介質(zhì)，然后根據(jù)不同的自交系遺傳背景種植無微生物的植物幼苗，不久植物茁壯成長(zhǎng)，研究人員收集根系，以及周圍的土壤進(jìn)行分析。他們收集了超過600株植物，輕輕搖去它連接zui近的土壤，即根際微環(huán)境。
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