拟南芥与叶际微生物组的互作遗传机制——基于网络作图理论

叶际微生物组对植物的生长发育至关重要,但植物与其定殖微生物组相互作用机制尚不明确。目前植物与微生物互作研究多集中于根际微生物组,对叶际微生物组的研究较少,且这些研究未能从微生物互作的角度探究植物与微生物的相互作用机理。基于网络作图理论,将拟南芥基因组SNP(Single Nucleotide Polymorphisms)分子标记数据与微生物组网络特征值相关联,挖掘影响叶际微生物组网络结构的枢纽基因,以探究拟南芥塑造叶际微生物组网络结构的遗传机制。通过对188株拟南芥及其叶际微生物组数据的分析,识别出四种关系下的中心节点微生物,筛选到622个显著SNP位点。进一步构建了贝叶斯遗传网络,获得26个枢纽基因,这些基因可能参与了植物抗病、激素分泌和生长发育相关的分子途径。本研究从全基因组角度探究植物调控自身微生物组的遗传机制,揭示植物与微生物组如何互作促进植物健康,将为精准分子育种提供理论基础和遗传资源,并为合成菌群用于创制新型菌剂提供数据支持,具有重要的科学意义和应用价值。

玉米与叶际微生物组的互作遗传机制

为了解玉米(Zeamays)和其定植微生物组之间的相互作用,探究玉米与叶际微生物组之间的互作遗传机制,该研究采用数学模型量化微生物之间相互作用的4种方式:互利共生、拮抗、侵略、利他,分析230份玉米叶际微生物组数据,利用网络作图研究玉米与叶际微生物组之间的互作遗传机制。结果表明:在微生物互作网络中确定了67个中心节点微生物,通过网络作图筛选到玉米405个显著单核苷酸多态性(SNPs)位点,最终定位到23个枢纽基因,发现其在促进植物生长、抵御病原菌侵染、耐受非生物胁迫方面起到重要作用。研究结果有助于在作物遗传育种以及构建新型菌剂促进植物生长方面提供思路。

黄龙病对柑橘叶际微生物组的影响

为明确柑橘叶际微生物组对黄龙病发生的响应规律,采用荧光定量PCR技术检测采集柑橘叶片感染黄龙病菌的情况,通过扩增子测序分析法对PCR检测结果为阴性和阳性叶片的微生物群落进行比较,并通过相关性分析和网络分析对黄龙病菌和叶际微生物的相关性进行解析。结果显示,夏季采集的柑橘叶片中黄龙病菌的检出率为7.5%,而到秋季黄龙病菌的检出率上升到32.3%。黄龙病的发生显著改变了柑橘叶际细菌群落的组成和结构,对于细菌类群的丰度也有一定影响;而对叶际真菌群落的组成和结构无显著影响。黄龙病菌与叶际细菌存在普遍的负相关关系,正相关关系相对较少但相关性更强。黄龙病菌可能通过与厌氧棍状菌Anaerotruncus sp.、梭菌Clostridiales sp.、假单胞菌Pseudomonas sp.、鞘脂单胞菌Sphingomonas sp.、毛螺菌Lachnospiraceae sp.和链球菌Streptococcus sp.的负向互作对柑橘叶际整个细菌群落产生负影响。表明黄龙病发生对柑橘叶际真菌和细菌群落的影响规律不同,同时黄龙病菌可能通过与几种主要细菌的负向互作来实现对叶际微生物组的影响。