科研 | 黄龙病破坏柑橘根部相关微生物菌群从根际到根面的富集过程
一、导读
根作为植物与微生物沟通的主要场所。根面是控制微生物进入植物根部的关键部位。土壤的微生物群落富集的过程，特别是从根际到根面的一步，是如何受到生物胁迫的影响尚属未知。黄龙病对柑橘的危害十分严重，对于黄龙病的研究一直是研究热点，在此试验中使用柑橘根与相关微生物作为模型来进行探究。
该研究使用宏基因组学和转录组学技术，确定了根际到根面柑橘根相关微生物分类学和功能特性，以及确定了黄龙病起到影响途径。为以后对于黄龙病的防治及治理提供理论依据。
二、论文ID
原名：Huanglongbing impairs the rhizosphere-torhizoplane enrichment process of the citrus root-associated microbiome
译名：黄龙病破坏柑橘根部相关微生物菌群从根际到根面的富集过程
期刊：Microbiome
IF：8.496
发表时间：2017年
通信作者：Nian Wang
通信作者单位：University of Florida
三、实验设计
四、实验结果
第一条证据链
以慢生根瘤菌和伯克霍尔德杆菌为主的变形菌在根际部位上富集，并且在该过程中观察到放线菌和酸杆菌的减少。当种子感染柑橘黄龙病菌亚洲种时，根面富含的菌种在根际微生物群中表现出相对较少的相对丰度。这52个属中的50个在健康样品中比黄龙病样品中丰富，另外两个属分别为Inquilineus和Aureimonas，在黄龙病根际样品中表现出的相对丰度增加。
图1 健康样本与黄龙病样本根面富集基因相对丰度的差异
第二条证据链
黄龙病根面的碳固定与硝化和反硝化作用相关微生物组的相对丰度和表达水平对比健康植株均显著增加。与黄龙病样本相比，大多数鉴定的分泌基因在健康样本根面分泌样品中表现出相对丰度和表达活性的显著增加。在黄龙病根面“原核生物的碳固定途径”中微生物组基因减少，相对丰度和表达活性增加。
图2 柑橘根系相关微生物组的功能组成
图3 细菌分泌系统根面富集基因的相对丰度和表达
图4 根面碳固定方面降低基因的相对丰度和表达
第三条证据链
慢生根瘤菌和伯克霍尔德氏菌6个功能的相对分布分别为6.2％〜38.1％和2.9％〜19.2％，与根际样品相比分布所占比例显着增加，数据表明，植物宿主对所需的功能的调整使得生态位富集，导致微生物组的巨大的结构变化。
图5 在不同样品的不同分类水平中鉴定到的根面富集的功能属性
第四条证据链
慢生根瘤菌在“转录”和“非解码”的类别中富集并上调，而伯克霍尔德氏菌在“信号转导”和“细胞运动”出现富集上调。
表1 慢生根瘤菌和伯克霍尔德氏菌在根际与根面差异功能表达的分布
第五条证据链
在接种后7个月仍生活良好，当柑桔接种从健康柑橘根相关微生物组分离的伯克霍尔德菌菌株时，柑橘树中的相关基因表达也会受到影响。
· 图6 接种伯克霍尔德菌后的存活率和对柑橘相关基因表达的影响
五、研究结论
试验中多种根面菌属被鉴定，其中慢生根瘤菌与伯克霍尔德菌含量最为丰富。植物的碳源是富集的主要驱动力量。根面的运动性，趋化性，分泌系统和脂多糖合成等功能属性的丰富性高于微生物与植物在根际上的相互作用。黄龙病引起根面富集的分类学和功能特性的相对丰度和表达活性降低，导致植物宿主与微生物组相互作用受到破坏。研究结果为微生物群落的分析提供了新的见解，也为了解与根相关微生物群落对植物宿主的群落富集过程做出了贡献。
六、点评
该研究从植物的根际到根面分析了黄龙病产生影响的原因，证实了黄龙病改变柑橘宿主的生理机能，还会破坏微生物与宿主间的相互作用，这样的研究也为我们了解根面的微生物物组成和功能提供新的基础，也为将来提高植物健康和产量提供新的方向。
本文由微生太殷继忠编译，殷继忠、江舜尧编辑。