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根際微生物組結(jié)構(gòu)、組裝機制及功能研究取得重要進展
信息來源：中國林業(yè)網(wǎng) 發(fā)布日期：2016-09-21 瀏覽次數(shù)：2988次
中國林業(yè)網(wǎng)9月21日訊 植物-微生物之間共生關(guān)系的普遍性和古老性表明共生菌對植物表型調(diào)控的重要意義。微生物組（microbiome）被認為是植物體的第二套基因組，對植物生長和適逆至關(guān)重要。菌根和根瘤是研究最為透徹的根系-真菌、細菌共生體，但根際微生物高度的遺傳多樣性和復(fù)雜的菌群結(jié)構(gòu)表明可能還存在其他共生系統(tǒng)。針對這一基礎(chǔ)性科學(xué)問題，中國林科院亞林所專家圍繞“共生菌群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)學(xué)功能”主題開展研究，在根際微生物組結(jié)構(gòu)、組裝機制及功能研究取得重要進展。
一是發(fā)現(xiàn)在極端環(huán)境條件下普遍存在一種由“黑化”真菌侵染根系形成的新型共生體。分離到多種黑化真菌，包括發(fā)表的新種—稻鐮狀瓶霉、蒙塔腔菌和彎孢霉等。從黑化真菌侵染根系特征、接種和脅迫試驗等方面初步揭示其介導(dǎo)植物-環(huán)境相互關(guān)系的重要意義。同時，在“黑化真菌”植物共生體系中存在一種氮素形態(tài)依賴性機制，即只有在植物生長基質(zhì)中含有有機氮條件下，黑化真菌表現(xiàn)出顯著的促生效應(yīng)，表明內(nèi)生真菌具有將有機氮礦化為無機氮的能力，這一發(fā)現(xiàn)對開發(fā)真菌制劑應(yīng)用于有機農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)、減少土壤無機氮攝入量可能具有重要的生態(tài)和社會效益。此外，某些根際黑化真菌還能轉(zhuǎn)移至植物地上部分，成為種子優(yōu)勢內(nèi)生真菌，接種試驗表明該真菌能顯著提高宿主種子萌發(fā)效率并促進非宿主生長。研究結(jié)果間接證明了根際微生物對植物生長和繁殖的遠程調(diào)控作用。
二是基于高通量測序平臺，從系統(tǒng)生物學(xué)觀點解構(gòu)出鹽生植物根際微生物組圖譜并比較了不同生態(tài)位菌群結(jié)構(gòu)和功能差異，初步闡明了在極端環(huán)境下，菌群的適應(yīng)性機制及其對宿主的表型擴展功能。該研究還利用實驗證據(jù)證實了生物信息學(xué)預(yù)測核心菌群的準確性；提出構(gòu)建泛人工合成菌群（pan-SMCs）是研制新型微生物制劑的重要策略等觀點。同時，該研究建立了一套兩輪巢式PCR（nested PCR）方法，可高效檢測植物組織內(nèi)生真菌ITS基因，大大降低了非特異性擴增，解決了目前國際公認的一個技術(shù)瓶頸。
該研究結(jié)果加深認識了根際微生物結(jié)構(gòu)多樣性和功能多樣性，有助于理解微生物對宿主表型的調(diào)控作用，為創(chuàng)制并實現(xiàn)新型微生物制劑運用于林木育苗、生態(tài)脆弱區(qū)植被恢復(fù)等奠定基礎(chǔ)。
成果分別發(fā)表在《Scientific Reports》（doi: 10.1038/srep32467, IF: 5.525）,《Biotechnology Advances》（doi: 10.1016/j.biotechadv.2016.08.005, IF: 11.847）和《Fungal Ecology》（doi: 10.1016/j.funeco.2016.08.011., IF: 2.993）等國際主流刊物上，并獲得授權(quán)國家發(fā)明專利2項（ZL201410045895.0、ZL201410045774.6）、實用新型專利1項（ZL201520638815.2）。研究工作得到中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項資金、國家自然科學(xué)基金面上項目；國家引智項目資助。
一是發(fā)現(xiàn)在極端環(huán)境條件下普遍存在一種由“黑化”真菌侵染根系形成的新型共生體。分離到多種黑化真菌，包括發(fā)表的新種—稻鐮狀瓶霉、蒙塔腔菌和彎孢霉等。從黑化真菌侵染根系特征、接種和脅迫試驗等方面初步揭示其介導(dǎo)植物-環(huán)境相互關(guān)系的重要意義。同時，在“黑化真菌”植物共生體系中存在一種氮素形態(tài)依賴性機制，即只有在植物生長基質(zhì)中含有有機氮條件下，黑化真菌表現(xiàn)出顯著的促生效應(yīng)，表明內(nèi)生真菌具有將有機氮礦化為無機氮的能力，這一發(fā)現(xiàn)對開發(fā)真菌制劑應(yīng)用于有機農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)、減少土壤無機氮攝入量可能具有重要的生態(tài)和社會效益。此外，某些根際黑化真菌還能轉(zhuǎn)移至植物地上部分，成為種子優(yōu)勢內(nèi)生真菌，接種試驗表明該真菌能顯著提高宿主種子萌發(fā)效率并促進非宿主生長。研究結(jié)果間接證明了根際微生物對植物生長和繁殖的遠程調(diào)控作用。
二是基于高通量測序平臺，從系統(tǒng)生物學(xué)觀點解構(gòu)出鹽生植物根際微生物組圖譜并比較了不同生態(tài)位菌群結(jié)構(gòu)和功能差異，初步闡明了在極端環(huán)境下，菌群的適應(yīng)性機制及其對宿主的表型擴展功能。該研究還利用實驗證據(jù)證實了生物信息學(xué)預(yù)測核心菌群的準確性；提出構(gòu)建泛人工合成菌群（pan-SMCs）是研制新型微生物制劑的重要策略等觀點。同時，該研究建立了一套兩輪巢式PCR（nested PCR）方法，可高效檢測植物組織內(nèi)生真菌ITS基因，大大降低了非特異性擴增，解決了目前國際公認的一個技術(shù)瓶頸。
該研究結(jié)果加深認識了根際微生物結(jié)構(gòu)多樣性和功能多樣性，有助于理解微生物對宿主表型的調(diào)控作用，為創(chuàng)制并實現(xiàn)新型微生物制劑運用于林木育苗、生態(tài)脆弱區(qū)植被恢復(fù)等奠定基礎(chǔ)。
成果分別發(fā)表在《Scientific Reports》（doi: 10.1038/srep32467, IF: 5.525）,《Biotechnology Advances》（doi: 10.1016/j.biotechadv.2016.08.005, IF: 11.847）和《Fungal Ecology》（doi: 10.1016/j.funeco.2016.08.011., IF: 2.993）等國際主流刊物上，并獲得授權(quán)國家發(fā)明專利2項（ZL201410045895.0、ZL201410045774.6）、實用新型專利1項（ZL201520638815.2）。研究工作得到中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項資金、國家自然科學(xué)基金面上項目；國家引智項目資助。
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