微生物如何影响农作物产量？这项研究成果登上自然通讯

　　读特客户端·深圳新闻网2022年10月8日讯（记者 李旖露）谷子是起源于我国的最古老的作物之一，被誉为中华民族的哺育作物。在科学家眼里，谷子的性状复杂，决定其产量的关键性基因位点至今尚未被找到。深入理解影响谷子的遗传和环境因素，对提升其品质和产量而言尤为重要。10月7日，深圳华大生命科学研究院联合中科院植物分子科学卓越创新中心在国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）发表研究论文，该研究通过关联分析，揭示了谷子基因型、根系微生物组与农艺性状之间的互作网络，首次提出基因型依赖的微生物效应。研究结果有助于定向改善植物对环境的适应性及其生产力，为生物育种及增产提供新途径。
　　（Nature Communications官网截图）
　　植物与微生物之间的关系，有点类似于人与肠道微生物的关系。正如每个人体内的微生物是不一样的，不同品种、同一品种不同品系的植物，其根系的微生物类群也是不一样的。其中，对植物有益的微生物，能够帮助抵御干旱、病害等环境胁迫，促进植物健康生长。
　　为探究谷子与微生物组之间的互作机理，研究团队选取了827种不同品种的谷子，基于每种谷子的基因型数据、根表微生物数据、12种生长和产量表型数据，整合全基因组关联分析、宏基因组关联分析和微生物组全基因组关联分析方法进行系列研究。
　　通过构建数学模型，研究团队量化了谷子基因型与根表微生物组成对谷子生长和产量变化的影响。例如，谷子基因型可以解释产量性状（如单株粒重）34.10%的变化，微生物可以解释43.31%的变化，基因型和微生物一起平均可以解释55.87%的变化。研究发现，基因型与根表微生物的组合能够更好地解释谷子农艺表型的变化，揭示了谷子基因型与微生物组共同影响谷子的生长和产量性状。
　　明确了基因型和微生物能够影响谷子的生长和产量之后，研究团队鉴定出200多种微生物，这些微生物与谷子的关键农艺性状显著相关，有的对谷子生长起显著促进作用，有的则起抑制作用。
　　为验证每种微生物的具体功能，研究团队通过田间分离微生物菌株，证实了微生物标志物介导的促生和抑制生长的效应，且不同微生物标志物促生长的机理具有菌株特异性，也就是说，在促生长的微生物中，有的负责促进谷子的株高，有的负责促进根的生长，有的是通过促进植物的光合作用，有的则是促进植物的营养吸收，还有的则是促进植物的免疫能力，每一种促进生长的微生物，其调控机理是不同的。
　　接下来，研究团队结合谷子基因型数据进行分析，找到了调控谷子根系微生物类群的一些候选基因，发现根表微生物组成的变化主要由植物免疫、代谢产物合成、激素信号传导以及养分吸收相关的基因来驱动。
　　为证实微生物介导的促生和抑制生长的效应受到宿主基因型的影响，研究团队建立了＂谷子基因型－标记微生物群－谷子农艺表型＂的互作网络。研究表明，相同促生菌株，接种到不同基因型的谷子，其促进生长的效果有着明显的差异，表明谷子基因型决定了微生物对作物表型的影响。
　　据悉，探究植物与微生物组之间的互作机理，有助于深入理解根系微生物群落构建的生态过程，通过调节与植物基因型相关的微生物组成，可定向改善植物对环境的适应性和生产力。在未来的农业系统中，可通过精准的微生物组管理设计高产的栽培品种，向着改善植物－根系微生态互作的方向育种，将更加高效地促进农作物产量的提升。
　　深圳华大生命科学研究院农业基因组学国家重点实验室王亚玉博士、中科院植物分子科学卓越创新中心博士后王孝林为该论文共同第一作者，深圳华大生命科学研究院农业基因组学国家重点实验室副主任刘欢研究员，中科院植物分子科学卓越创新中心王二涛研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了农业基因组学国家重点实验室、深圳国家基因库、河南省农业品种改良研究、云南省重大科技专项以及国家自然基金等基金的资助。来源：深圳新闻网