不是没有我的微生物组 豆科植物 根瘤菌共生影响植物根部的细菌群落

一些植物可以通过从大气中获得它们来满足其氮需求。为此，他们在根部使用细菌，并与之建立共生关系。科隆普朗克植物育种研究所的Paul Schulze-Lefert研究小组和丹麦奥胡斯大学的Simona Radutoiu研究了这些植物根部和周围的微生物群落。他们发现豆科植物 - 根瘤菌共生的缺失导致根中存在的微生物群落的组成发生剧烈变化。这些变化在防止任何结节形成的条件下也保持稳定，因为植物从土壤中获得足够的结合氮。宿主植物中的一组基因对于建立功能性共生是必需的，并且需要相同的基因以在根部周围的结节，根和区域中形成非常稳定和特征性的微生物群落。因此，这些植物基因对根微生物组的组成具有直接影响。

所有植物都需要氮来生长; 但是，它们无法直接从大气中获得。它们只能以硝酸盐或铵离子的结合形式使用氮，它们可以从土壤中或通过向农业土壤中添加氮肥来获得。然而，一种植物家族豆科植物已经开发出通过与天然存在的土壤细菌的共生关系获得氮的能力。为了适应这些细菌，豆科植物会产生称为结节的专门根部器官。共生体被称为根瘤菌，它将结核中的大气氮转化为含氮化合物，然后可供植物利用。

Schulze-Lefert，Radutoiu及其同事Rafal Zgadzaj和Ruben Garrido-Oter使用一种原产于日本的豆科植物(Lotus japonicus)作为模型植物，并编制了野生型和四种突变体中与根相关的微生物组的清单。“我们能够证明，当共生失去时，至少六种不同的丰富细菌命令在根中几乎检测不到，”Garrido-Oter说。“共生的丧失反而导致了根际中一些细菌的积累，即根部以外的区域。看来这些细菌不再拥有能使它们进入根部的分子票， “他解释道。

目前，科学家们并不知道与共生相关的哪些信号可以作为根系进入的分子票，然而微生物组的显着和稳定的变化显然是由于共生不再起作用的事实。此外，科学家们还能够证明结核和根不是由细菌依次组装而是同时存在。因此，细菌不会从一个区域迁移到另一个区域，而是故意寻找根部和结节，而不会绕道而行。

与Schulze-Lefert和Radutoiu合作的科学家团队对这些发现有两种可能的解释。当根瘤菌在共生过程中迁移到根和结核时，根瘤菌可能伴随着整个辅助细菌随从。然而，根部吸引来自土壤的结核细菌的信号分子也可能吸引与实际共生无关但使用相同信号进入植物的其他细菌。

这项研究结果非常显着，原因有两个：“因为没有共生，莲藕仍然比野生型更小，更苍白，并且由于这种发育不良的生长不能通过氮肥进行充分补偿，这种表型很可能直接与微生物群落是突变体的典型特征，“Garrido-Oter说。“如果没有完整共生的基因和遗传产物，就会建立一个不能支持最大植物生长的微生物组。”

由于豆科植物经常在农业中用作改善土壤氮含量的中间作物，因此这些发现的重要性超出了基础研究的范围。到目前为止，人们认为共生只是由豆科结节内的根瘤菌介导的。然而，现在看来，共生还涉及根和根际中发现的特征性微生物群落。基于此，仅使用根际细菌接种豆科植物种子是不够的，正如目前的做法：它们还应该接种来自根微生物组的相关细菌。