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常居菌可保护植物免患有害微生物疾病
日期:2018-11-13 作者:编译:龚晶 来源: 农科智库 点击:
     真菌和其他称为卵菌纲的丝状微生物会引起许多致命的植物疾病,并导致作物总产量减少10%以上。如今,一项开创性研究的结果显示,就算是一株健康的植物,也可能在根部存在有害真菌和卵菌纲。而之所以没有罹患疾病,是因为也同时存在着各种常居菌(resident bacteria),调节着植物根部不同微生物之间的平衡,让植物得以在自然中存活下去。该项研究由马克斯普朗克植物育种研究所(Max Planck Institute for Plant Breeding Research)(位于德国科隆)的斯蒂芬·哈卡尔德(Stephane Hacquard)和保罗·舒兹列菲特(Paul Schulze-Lefert)牵头,研究结果发表于《细胞》(Cell)杂志。
    土壤的多样性之丰富令人惊愕,其中包括大量不同种类的微生物,如细菌、真菌、卵菌纲。这些微生物隶属于不同的生物王国,相互之间会进行复杂的互动,还会形成一个称为“根微生物群”的亚群,定殖健康植物的根部。植物是依靠土壤生长发育的有机体,不管是地表以下、还是地表以上的部分都会持续受到不同的微生物病原体的侵害。虽然长久以来,人们都知道植物拥有一套先天免疫系统能够保护自己免受这些有害微生物的侵害,然而仅仅依靠这套机制是否能完全保护大自然中的植物,仍然不得而知。对于微生物群之间的互动能否影响微生物定殖植物根部以及促进植物健康,也是同样扑朔迷离。
    为了解决以上问题,研究小组首先获取了来自于不同地点的模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana),对其健康植株的与根部相关微生物以及周围土壤中的各种微生物进行了一次大调查。结果显示,不同地点的与根部相关的真菌群落和卵菌纲群落都表现出极大的差异性,细菌群落的结构则较为类似,对于这些居住在植物根部的细菌来说也许具有较为重要的功能。此外,研究人员还发现了细菌和丝状微生物之间在根部可能存在相互排斥的标记,这表明要定殖根部“市场”,还需“竞争上岗”。
    为了更为严谨地研究这些不同的微生物在植物根部是否存在竞争关系,研究人员单独培养了各种与健康的拟南芥根部相关的细菌、真菌、卵菌纲,逐步解析拟南芥的微生物群。然后通过重构的方法,将细菌、针具、卵菌纲的不同组合植入无菌的植株,测试不同的微生物组对植物健康会造成怎样的影响。科学家们运用这一方法观察发现,如果真菌和卵菌纲共存,植物的生存就完全依赖于细菌能否同时存在。这些共存的细菌能约束真菌和卵菌纲在植物根部的生长,以促进植物健康。而且,只需要群落中的几种细菌就足以保卫植物,这就表明即便是关系疏远的细菌,也有着保卫植物的共同目标。
    “我们已经证明了要避免土壤和根部的真菌、卵菌纲的危害,仅仅依靠植物的免疫系统是不够的,而与植物根部相关的细菌能作为这种免疫系统功能的外延,让植物在大自然中生存下去。”哈卡尔德博士说道。研究作者的发现同时也为研究益生菌及保卫农作物健康的细菌群落的理性设计作出了贡献。现在,研究小组打算找到细菌中哪些基因和分子负责实施这一保护性功能。
(来源:马克斯普朗克植物育种研究所  北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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