PNAS：从基因到植物微生物群

像人类和动物一样，植物也有微生物群。一个由芝加哥大学领导的研究小组，包括INRAE，研究了一种植物物种内的遗传变异是否控制其叶片微生物群的组成。研究人员在两年多的时间里在四个地点的实验装置中种植了3万多株植物，以分析一株模型植物的200个基因型的叶片微生物群的变异和繁殖成功率(通过种子产量估计)。7月22日发表在《美国国家科学院院刊》(pNAS)上的研究结果表明，植物之间的遗传变异对特定的微生物有特殊的影响，而这些微生物反过来又对微生物群落的组成有强烈的影响。这种对微生物群落的影响有助于不同植物基因型的繁殖成功。

和动物一样，植物也有一个由多种微生物组成的菌群，这些微生物组织成具有竞争、捕食或共生关系的群落。植物组织中某些微生物的存在，以及它们的多样性，可以对植物产生有益的影响，例如，使植物有更好的能力固定营养物质或更好地抵御病原体。相反，植物能影响其微生物群的组成吗?为了找到答案，科学家们探索了遗传变异是否以及如何自然地存在于模型植物中拟南芥影响其叶片中的微生物群落。

研究小组的目标是确定植物遗传控制的目标微生物，确定参与这种控制的基因，并估计这种影响对种子生产的影响，这是这种一年生植物繁殖成功的一个重要组成部分。为了做到这一点，他们种植了200个基因完全相同的副本拟南芥在瑞典北部和南部4个地点的8个实验设置的基因型。科学家们收集了近8000种植物的叶子，并使用元条形码DNA测序方法对微生物群落进行了特征分析，这种方法可以对样本的DNA进行完整分析，并识别存在的不同物种的生物。他们用剩下的2万多株植物对不同基因型的种子产量进行了比较分析。他们的结果表明，同一物种的植物之间的遗传差异会影响叶片微生物群的组成，而不管这些植物生活在什么样的环境中。

微生物群落是围绕对其组成有重大影响的结构微生物组织起来的。研究结果表明，植物基因型对这些结构微生物的影响最大。特别是这些微生物对不同基因型植物的生长和繁殖成功都有影响。研究表明，植物对这些结构微生物的这种遗传影响解释了在不同的种子生产之间约10%的变异性拟南芥基因型在四个地点和两年的研究期间。通过测序200个基因组拟南芥基因型方面，研究人员确定了不同基因型之间涉及微生物群落变异的基因和功能。他们的结果表明，这些基因不仅涉及植物的免疫系统，而且还涉及特殊代谢物的产生，这些代谢物通常涉及植物对可能遭受的不同胁迫的反应机制。

这些结果为植物遗传多样性研究提供了新的视角;有可能保护或加强基因型，因为它们有能力促进某些有益微生物的存在，这些微生物有助于种群的适应潜力或维持各种生态系统服务(生物量生产，更好地适应限制)。