PNAS：從基因到植物微生物群

像人類和動物一樣，植物也有微生物群。一個由芝加哥大學領導的研究小組，包括INRAE，研究了一種植物物種內的遺傳變異是否控制其葉片微生物群的組成。研究人員在兩年多的時間里在四個地點的實驗裝置中種植了3萬多株植物，以分析一株模型植物的200個基因型的葉片微生物群的變異和繁殖成功率(通過種子產量估計)。7月22日發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上的研究結果表明，植物之間的遺傳變異對特定的微生物有特殊的影響，而這些微生物反過來又對微生物群落的組成有強烈的影響。這種對微生物群落的影響有助于不同植物基因型的繁殖成功。

和動物一樣，植物也有一個由多種微生物組成的菌群，這些微生物組織成具有競爭、捕食或共生關系的群落。植物組織中某些微生物的存在，以及它們的多樣性，可以對植物產生有益的影響，例如，使植物有更好的能力固定營養物質或更好地抵御病原體。相反，植物能影響其微生物群的組成嗎?為了找到答案，科學家們探索了遺傳變異是否以及如何自然地存在于模型植物中擬南芥影響其葉片中的微生物群落。

對3萬種植物的研究

研究小組的目標是確定植物遺傳控制的目標微生物，確定參與這種控制的基因，并估計這種影響對種子生產的影響，這是這種一年生植物繁殖成功的一個重要組成部分。為了做到這一點，他們種植了200個基因完全相同的副本擬南芥在瑞典北部和南部4個地點的8個實驗設置的基因型。科學家們收集了近8000種植物的葉子，并使用元條形碼DNA測序方法對微生物群落進行了特征分析，這種方法可以對樣本的DNA進行完整分析，并識別存在的不同物種的生物。他們用剩下的2萬多株植物對不同基因型的種子產量進行了比較分析。他們的結果表明，同一物種的植物之間的遺傳差異會影響葉片微生物群的組成，而不管這些植物生活在什么樣的環境中。

植物基因型對特定微生物的影響

微生物群落是圍繞對其組成有重大影響的結構微生物組織起來的。研究結果表明，植物基因型對這些結構微生物的影響最大。特別是這些微生物對不同基因型植物的生長和繁殖成功都有影響。研究表明，植物對這些結構微生物的這種遺傳影響解釋了在不同的種子生產之間約10%的變異性擬南芥基因型在四個地點和兩年的研究期間。通過測序200個基因組擬南芥基因型方面，研究人員確定了不同基因型之間涉及微生物群落變異的基因和功能。他們的結果表明，這些基因不僅涉及植物的免疫系統，而且還涉及特殊代謝物的產生，這些代謝物通常涉及植物對可能遭受的不同脅迫的反應機制。

這些結果為植物遺傳多樣性研究提供了新的視角;有可能保護或加強基因型，因為它們有能力促進某些有益微生物的存在，這些微生物有助于種群的適應潛力或維持各種生態系統服務(生物量生產，更好地適應限制)。