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为解决化学肥料对生态系统和人类健康的负面影响，以及挖掘植物微生物组的潜力问题，研究人员开展了番茄根内生菌微生物群的研究。通过 16S 测序分析，发现根内生菌群落结构随植物生长阶段变化，确定了核心微生物群和关键 ASVs，并提出微生物组合。这为开发微生物制剂、促进可持续农业提供依据。
在过去几十年里，全球人口数量翻倍，这使得粮食产量需求大幅增加。为满足需求，农业生产中大量使用化学肥料。然而，这一举措却带来了诸多问题，比如对植物、土壤和水生态系统造成负面影响，还威胁人类健康和环境保护。同时，植物驯化和作物育种改变了植物相关微生物组，导致部分植物基因型失去招募有益微生物的能力。在此背景下，研究人员开始关注植物生长促进细菌（PGPB），期望以此作为传统化学投入的可持续替代方案。但 PGPB 在不同作物和环境条件下效果差异大，且微生物群落复杂，研究难度高。
为解决这些问题，那不勒斯费德里科二世大学（University of Naples Federico II）的研究人员开展了关于番茄根内生菌微生物群的研究。他们的研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为可持续农业发展提供了重要依据。
研究人员采用了多种关键技术方法。样本方面，从意大利西西里和坎帕尼亚两个地区采集了 192 个番茄根样本，涵盖不同生长阶段、品种、种植区域和管理类型。在实验技术上，通过 DNA 提取、16S rRNA 测序获取数据，利用 DADA2 等软件进行数据处理，在 R 环境中进行统计分析，包括计算多样性指数、识别差异 ASVs、确定核心微生物群和构建微生物组合。
研究结果如下：
- 内生微生物群随宿主植物生长阶段变化：番茄根的原核内生微生物群在宿主植物生长阶段变化明显，可分为三个不同组。采样时间对总细菌微生物群变异性影响达 25.1%，其他变量组合影响 7.3%。不同阶段样本生物多样性差异显著，从移植后（Pt）到开花（F）阶段，样本生物多样性在两个地区均显著降低。主要菌门的丰度在不同阶段有显著变化，如变形菌门（Proteobacteria）在 Pt 到 F 阶段减少，放线菌门（Actinobacteriota）增加12。
- 植物发育过程中 ASVs 差异丰富：去除低丰度 ASVs 后，研究人员识别出 1715 个在至少一次比较中显著差异的 ASVs，其中 87 个在样本中丰度较高。从 Pt 到 F 阶段，49 个 ASVs 丰度增加，多属于放线菌门和变形菌门；38 个 ASVs 丰度降低，多属于变形菌门34。
- 核心微生物群包含 25 个普遍存在的 ASVs：研究确定了 25 个核心微生物群 ASVs，主要来自变形菌门、放线菌门和 Planctomycetota 门。这些 ASVs 在不同条件下普遍存在，反映了它们与宿主植物的长期关联56。
- 提出微生物组合：研究人员从核心微生物群和判别分析结果中选取 12 个 ASVs，构建了微生物组合。该组合包含 7 个来自变形菌门和 5 个来自放线菌门的 ASVs。相关分析显示，这些 ASVs 间存在不同程度的相关性，可能形成两个亚组合，分别具有不同功能78。
研究结论和讨论部分指出，宿主植物生长阶段对番茄根细菌内生微生物群影响显著，可能与植物生长过程中根系分泌物的变化有关。在 F 阶段，微生物群落发生强烈选择，可能与植物代谢活动有关。确定的核心微生物群和关键 ASVs，如链霉菌属（Streptomyces）、申氏杆菌属（Shinella）等，可能在植物生长促进和生物防治方面发挥重要作用。研究提出的微生物组合为开发定制微生物制剂提供了基础，有望增强作物抗逆性，减少对合成农业投入的依赖，推动可持续农业发展。但该微生物组合还需在实际农业条件下进一步验证，以评估其促进植物生长和土壤健康的有效性。
