寄生性微生物基因組的研究熱潮襲來(lái)，前段時(shí)間剛剛公布的系列人類(lèi)微生物基因組研究成果給我們帶來(lái)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(lái)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(lèi)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(lái)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(guò)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(shuō)，“幾十年前，科學(xué)家們就知道植物能通過(guò)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(shuō)，“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(lài)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?chē)?，或者?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(shuō)。
在過(guò)去25年里，Dangl教授通過(guò)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(shuō)，“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(lái)”。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(lái)探討植物-微生物的相互作用。
接下來(lái)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(lèi)，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(lèi)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(kāi)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(lèi)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(wèn)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?chē)蛢?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(chóng)和昆蟲(chóng)，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(wú)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?chē)耐寥肋M(jìn)行分析。他們收集了超過(guò)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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