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华大联合发布全球柑橘根际微生物组的结构和功能研究成果
发布日期: 2018-11-22

1121日,由佛罗里达大学和华大生命科学研究院合作完成的全球柑橘根际微生物组的结构和功能研究论文在国际期刊Nature Communications发表。这是华大继谷子根系微生物组研究后的又一重要成果,也是迄今为止采样范围最广的作物根系微生物组研究。

未来华大还将对更多农作物进行系统的研究,建立更加全面丰富的根系微生物参考数据库,为开发微生物生态肥料,促进土壤养分转化,改善作物健康提供指导。

该论文的发表,系统描述了全球柑橘根际微生物的多样性以及主要类群,构建了183M的柑橘根系微生物参考基因集,揭示了在全球柑橘根际稳定存在的核心微生物类群以及核心功能组成。该研究成果对理解柑橘和微生物互作,指导分离筛选具有潜在促生功能的微生物菌种具有重要意义,为改善柑橘的产量和健康奠定了研究基础。

据了解,柑橘( Citrus)起源于东南亚,是世界上重要的多年生果树作物,在4000年前就已经开始了广泛种植。目前,柑橘属包含了许多不同的栽培种,其种植范围遍布全世界140多个国家,种植面积达到900万公顷,是全球种植范围最广的果树作物。因其广泛的土壤环境适应性,其根系微生物组的结构和功能特征研究,对理解柑橘和微生物互作,以及微生物菌种在柑橘生产中的应用具有重要意义。同时,根系微生物组研究也有助于理解根际微生物与植物的互作以及筛选对植物产量和健康有益的潜在促生菌。

该研究采集了全球6大洲的8个柑橘主产国家的柑橘根际土和空白土样本(图1),通过16S RNA扩增子测序,ITS扩增子测序以及宏基因组测序技术对柑橘根系微生物的组成进行研究,揭示柑橘根系微生物的多样性,主要的微生物类群,以及不同区域柑橘根系微生物组成的差异。基于1.49Tb宏基因组数据,构建了183M柑橘根际微生物的参考基因集(https://db.cngb.org/icrm),该基因集比人肠道微生物基因集和全球海洋微生物参考基因集分别大18倍和4.5倍,可见土壤微生物的高复杂性。

通过根际土壤与空白土壤的对比分析,该研究鉴定了在全球柑橘根际广泛分布的核心微生物组成,包含132属的细菌和7属的真菌(图2),其中部分核心微生物已经被报道具有植物促生作用。另外通过富集分析还鉴定1620种柑橘根际的核心微生物功能,这些功能主要涉及微生物与植物互作,微生物与微生物间互作以微生物营养吸收的代谢通路(图3)。该研究系统描述了在不同品系,不同土壤类型和不同气候类型下柑橘根际稳定存在并富集的微生物种类以及功能,为进一步筛选柑橘促生菌,改善柑橘的产量和健康奠定了很好的研究基础。

值得一提的是,该文章共同一作张鹏帆同学是华大教育中心16级的硕士研究生,自1510月确认保送资格后便加入华大植物根系微生物研究项目组,开始从事科研项目,参与的项目包括谷子、柑橘和水稻根系微生物研究以及植物相关的微生物基因组研究。目前已经参与发表SCI文章3篇,包括17年在GigaScience上发表的谷子根系微生物与产量相关性研究的文章,以及水稻根系微生物研究的文章,另外还有2篇第一作者文章在投稿中。该项研究工作充分展现华大以项目带人才的人才培养模式方面的卓越成效。

据华大生命科学研究院农业新资源所植物根系微生物项目负责人王亚玉介绍:“华大研究院在植物根系微生物研究方面主要关注粮食作物、蔬菜、果树以及特殊植物根系微生物的结构组成,环境适应性及其与宿主产量,品质的相关性,其目标是搭建全球重要植物根系微生物的参考数据集,阐述植物宿主与其根系微生物之间的互作机理,定义植物生长所需的最优微生物组成,建立微生物辅助作物健康,高效生长以及高产的可控模型,促使作物生产最大化。”