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      ? 祝賀!毛碧增課題組利用16S擴增子及代謝組方法研究植物-土壤-微生物互作機制,文章登陸Top期刊

      發稿時間:2021-12-14來源:天昊生物

      近日,浙江大學農業與生物技術學院毛碧增研究員課題組博士后楊傳寶等研究者,在農林科學領域國際權威(Top)期刊《Industrial Crops and Products》(IF = 5.645,中科院分區農林科學大類和農藝學小類1區)發表了題為Insight into the root growth, soil quality, and assembly of the root-associated microbiome in the virus-free Chrysanthemum morifolium的研究論文。

      該成果在國內外首次報道植物脫毒是增強植物招募微生物群落過程的重要驅動力,在調控地下植物碳分配、恢復馴化植物與有益土壤微生物相互作用的能力、提高土壤功能和作物產量方面具有重大作用。

      植物病毒作為重要的病原物,每年給世界各地的農作物生產造成的損失高達200億美元。莖尖培養脫毒是目前最穩定、可靠的清除植物體內病毒、獲得脫毒植物的生物技術,已在馬鈴薯、花卉、水果、蔬菜等作物生產上得到了廣泛應用。盡管國內外研究人員已經從多個角度對“脫毒”的抗病毒機制進行大量研究,但這些研究專注于植物地上的特性,忽略了脫毒種苗培育可能與地下土壤微生物相關的重要特性。調控土壤微生物的研究已經證明具有廣泛的農業增產的潛力。因此,解析植物脫毒對地下土壤生態系統的影響,提高植物對環境的適應和改造能力,對于實現未來高產高效農業的發展具有重要意義。

      該研究以實驗室創制的杭白菊脫毒種苗(virus-free chrysanthemum,VF)和常規苗(common virus-carrying, VC)為試驗材料,對土壤物理性質、養分含量,根系形態、生物量,植株農藝性狀和品質指標進行系統調查,用多組學技術測定及分析了根系代謝物質和土壤微生物群落的組成及相對豐度。研究發現,植物脫毒在顯著提高地上生產力的同時,通過影響根系生長、形態、代謝物組成和數量等特征,進而影響微生物組的組裝。根系形態(生物量、根長)、根系代謝產物(有機酸、氨基酸、生物堿、香豆素)以及根系釋放的有機碳對土壤微生物群落的多樣性有正向影響,并富集更多對植物生長有益、與碳氮磷循環相關的微生物種類和根際促生菌,表明脫毒通過驅動植物光合碳向地下分配,促進了根系發育和養分捕獲,增強了根系-有益微生物互惠體系的構建,從而改善根際微生態,提高地上-地下系統養分利用率和生產力。

      圖2、細菌在(a)門和(b)屬水平上的相對豐度,(c)不同土壤細菌群落的PCoA分析,(d)顯示不同土壤樣品細菌群落結構的相異距離。PCoA和相異距離是基于OTU水平的Bray-Curtis距離。VCB和VFB是VC和VF對應的非根際土壤樣本;VCR和VFR是VC和VF的根際土壤樣品。

      圖3、根系形態和代謝特征與根際(a)和非根際土壤(b)有機碳和細菌多樣性之間的相關性分析。

      圖4、根際土壤和非根際土壤中的細菌群落組成(門水平)與根形態、代謝特征以及有機碳的冗余分析(RDA)。1:根系生物量;2:根長;3:有機酸;4:氨基酸;5:生物堿;6:糖;7:香豆素;8: 根釋放有機碳;9: 土壤有機碳。