对植物有益的细菌遍布加利福尼亚

加利福尼亚大学河滨分校的科学家发现，一种有益的固氮细菌菌株已遍布加利福尼亚，证明有益细菌可以分享一些与病原体相同的特征。称为Bradyrhizobium的细菌在植物的根部形成肿瘤样结节，能够通过分解氮来“固定”氮，并使其成为植物易于代谢的形式。

“细菌流行病很常见，但除了值得注意的病原体外，我们很少了解是什么驱使细菌在人群中传播，”负责研究工作的生物学副教授乔尔萨克斯说。“为什么有些菌株会在流行病中蔓延，而其他菌株却没有得到很好的理解。”

萨克斯和他的团队收集了来自加利福尼亚州寄主植物培养的350多个细菌结节的遗传数据。研究人员关注的寄主植物是Acmispon strigosus，一种原产于美国西南部的常见草本植物，在加利福尼亚州几乎连续不断。

他们发现少数细菌菌株在当地植物种群中占主导地位，并且遍布全州。

“这些细菌的基因组大致分为两个区域，”萨克斯解释说。“一个区域，染色体，主要是在细菌存在于土壤中的自由生存期间表达。另一个区域，称为'共生岛'，在与植物宿主的共生相互作用中很重要 - 例如植物感染和氮我们发现这种流行病完全由细菌基因组的染色体区域驱动。“萨克斯指出，流行病菌株在土壤中和在感染植物的竞争中非常成功，这也许可以解释为什么它们在许多不同的地方持续存在并占主导地位。

“传播可能是通过土壤中的运动或通过风暴发生的，”萨克斯说。

研究结果今天出现在英国皇家学会会刊B中。

研究人员还研究了哪些特性驱使流行病菌株能够在如此多的地方持续存在，从而在不同的土壤中持续存在。他们在各种碳源(细菌的能量来源)上测试稀有流行病毒株和流行株。他们发现，流行病菌株能够处理比稀有菌株更多样化的化合物。

“遗传和碳使用数据与遗传数据相结合表明，一种或两种菌株在加利福尼亚州占主导地位，因为它们能够在土壤中获得成功，”萨克斯说。“在土壤中活跃的细菌的遗传区域是唯一具有流行病传播特征的区域。”

Bradyrhizobium是许多植物的重要共生体，特别是豆科植物。它们也是重要作物的重要共生体，包括大豆，花生和豇豆，并且是地球上所有生物体的氮营养素的主要来源。

根据Sachs的说法，利用本地流行病，例如在Bradyrhizobium中看到的流行病，可能是生物肥料开发的福音。

“几十年来，农艺师一直试图将这些细菌用作生物肥料，”他说。“使用这些细菌来促进作物生长的想法非常有意义，因为Bradyrhizobium可以以可持续和自然的方式向植物提供游离氮。相比之下，化学肥料在化石燃料方面成本高昂，同时也是主要污染物。“

但他告诫说，试图将细菌用作生物肥料的尝试失败了，因为接种菌株不能与土壤中的天然细菌竞争，最终无法成功感染植物。

“ 我们发现的流行病Bradyrhizobium菌株可以在各种土壤中存活并占主导地位，并且具有生物肥料中人们想要的关键特征，”他说。

该研究强调一些细菌菌株比其他细菌菌株更适合。它也表明，土壤中的竞争，而不是与植物宿主的共生，决定了哪些细菌菌株正在扩散。

萨克斯说：“生物学家对有益细菌的认识越来越高，但我们仍然不了解它们的成因。” “通过更好地了解植物宿主上的有益细菌，我们可以开发出可以改善作物和生物燃料中这些相互作用的工具。”