两位植物学牛人发2篇Nature文章 聚焦微生物组

　　

生物通报道：两位植物学领域的著名科学家近期各自独立完成了关于模式植物拟南芥“根系微生物组”研究的最新进展，虽然他们两个小组采用的样品不同，但是却得到了相似的总体结论，即根系周围和根系内部的微生物菌群受土壤类型影响最大，受植物宿主基因型的影响较小，相关成果公布在Nature杂志上。

这两位科学家分别是北卡罗来纳大学的Jeffery L. Dangl教授以及德国马普植物育种研究院的Paul Schulze-Lefert教授，前者是曾在植物对疾病产生应答的信号过程，以及基因分析研究方面获得重要成果，2007年当选为美国国家科学院院士。后者主要从事植物对真菌病害天然免疫分子机制的研究，由于其在该领域的卓越贡献，他分别被Cell, Nature,Plant Cell,PNAS等一系列高水平杂志聘为审稿专家。

虽然路面上的花会吸引蜜蜂和路人欣赏的眼光，但是其地底下看不见的奇幻复杂网络也颇为吸引人，寄居在植物根系周围和内部的微生物菌群形成了一个生态系统，帮助植物适应其周围的环境，帮助其生长，还可以抵御害虫的危害，甚至通告植物关于污染的情况。

这些微生物当然无法像人类体内和体表微生物那么吸引科学家们的注意，但是由于其在植物的生长机制，病原体的易感性调控方面的关键作用，尤其是在可持续性农业生产体系中扮演的角色，因此这两组研究人员经过长期的努力，聚集于这一领域的研究，取得了重要的成果。

Dangl教授带领着他的研究生Derek Lundberg，和Sur Hererra-Paredes等人，分析了不同土壤，不同遗传背景下的上百个拟南芥根系周围和内部的微生物，并进行了基因组比对。

并且他们采用了一种基于16S核糖体的RNA（16S rRNA）基因序列的识别方法，与能源部联合基因组研究所的Susannah Green Tringe研究组合作，完成了超过1200个不同样品的测序，进行了注释。

结果他们发现正如预期一致，与植物根系直接接触的土壤只有一个亚集细菌。虽然少数类型在根-土界面上特别常见，但是没有出现其它类型。而根系内部的细菌这种影响更明显——植物细胞中微生物类型更少。这表明土壤中细菌的某些选择性与植物根系有关。研究人员还比较了两种土壤中植物根系内部和周围的微生物菌群，结果发现出现了一些重叠，也有一些不同的微生物。

在另外一篇Nature文章中，Lefert教授研究组也获得很相似的结果，他们采用的是德国的土壤。这就说明拟南芥需要某些类型的微生物，这些微生物也需要拟南芥。但是特定的土壤相互作用也表明，在不同的土壤和营养组成中，植物也许需要召集某些细菌来提供特殊的生态服务。

这两个小组分别采用了两个大洲，五种不同土壤类型进行研究，都发现在自然土壤中，拟南芥植物优先被放线菌、变形菌、拟杆菌和绿弯菌建立菌落，而且对于未来研究工作来说重要的一点是，拟南芥的根在受控环境条件下对土壤细菌的选择性，会模仿那些在某种自然环境中生长的植物。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Revealing structure and assembly cues for Arabidopsis root-inhabiting bacterial microbiota

The plant root defines the interface between a multicellular eukaryote and soil, one of the richest microbial ecosystems on Earth1. Notably, soil bacteria are able to multiply inside roots as benign endophytes and modulate plant growth and development2, with implications ranging from enhanced crop productivity3 to phytoremediation4. Endophytic colonization represents an apparent paradox of plant innate immunity because plant cells can detect an array of microbe-associated molecular patterns (also known as MAMPs) to initiate immune responses to terminate microbial multiplication5. Several studies attempted to describe the structure of bacterial root endophytes6; however, different sampling protocols and low-resolution profiling methods make it difficult to infer general principles. Here we describe methodology to characterize and compare soil- and root-inhabiting bacterial communities, which reveals not only a function for metabolically active plant cells but also for inert cell-wall features in the selection of soil bacteria for host colonization. We show that the roots of Arabidopsis thaliana, grown in different natural soils under controlled environmental conditions, are preferentially colonized by Proteobacteria, Bacteroidetes and Actinobacteria, and each bacterial phylum is represented by a dominating class or family. Soil type defines the composition of root-inhabiting bacterial communities and host genotype determines their ribotype profiles to a limited extent. The identification of soil-type-specific members within the root-inhabiting assemblies supports our conclusion that these represent soil-derived root endophytes. Surprisingly, plant cell-wall features of other tested plant species seem to provide a sufficient cue for the assembly of approximately 40% of the Arabidopsis bacterial root-inhabiting microbiota, with a bias for Betaproteobacteria. Thus, this root sub-community may not be Arabidopsis-specific but saprophytic bacteria that would naturally be found on any plant root or plant debris in the tested soils. By contrast, colonization of Arabidopsis roots by members of the Actinobacteria depends on other cues from metabolically active host cells.