有涌现性功能的合成菌群在作物育种上的应用前景

在农业生态系统中,微生物具有丰富多样的复杂生态学功能,这些功能的产生具有涌现性。所谓涌现性,指的是复杂系统中随着系统复杂性增加产生的新特性。有趣的是,虽然涌现性功能源于多物种的共同作用,但是所需物种数量通常较少。这不但为利用合成菌群探究涌现性功能的产生提供了可能,而且还为应用合成菌群改造植物菌群提供了抓手。种子菌群作为植物最早的微生物群落,其所包含的微生物具有多样性相对较低的特点。但是,其在植物共生菌群的演化过程中却具有重要作用。此外,受限于种子干燥、贫营养的微生境条件,生物膜是微生物在种子表面和内部存在的主要形式。因此,本文提出以有涌现性功能的合成微生物群落为种子包衣,或可成为在植物微生物组调控中最关键时间节点、最易于开展阶段的有效干预途径。在此基础上,分别从宿主和菌群角度介绍了调控种子菌群涌现性功能的潜在因素。在智慧农业的场景下,通过与种子芯片技术、无人智能化平台的结合,或可在农田中实现合成菌群的大规模施用和功能动态实时监测,为发掘具有特定功能的合成微生物群落、开展基于种子合成菌群生物膜包衣的应用提供可行途径,进而有望为微生物-作物联合育种技术的发展带来重大变革。

水稻种子的细菌含量和群落结构及其影响因素分析

【目的】种子是植物微生物群代际传递的重要途径,但种子携带的微生物群落尚缺乏系统的研究。本研究以水稻种子为模型,定量分析种子的细菌含量、测定种子的细菌群落结构、探究地域与品种对细菌含量及群落结构的影响和鉴定水稻种子的核心菌群。【方法】选取18个水稻品种,每个品种分别来自中国海南和天津2个地域,共36组样本。每组样本包含5或10个DNA样本,每个DNA样本由3粒种子提取的总DNA构成。使用细菌特异性16S rDNA介导的荧光定量PCR技术测定种子的细菌含量,并分析影响因素;使用16S rDNA扩增子测序技术测定种子的细菌群落结构,并用生物信息学方法分析了影响因素和核心菌群。【结果】本研究测定了1080粒水稻种子的细菌含量,发现经过表面除菌的水稻种子内部存在共栖细菌,平均每克种子的细菌含量为1.53×10^(6)。水稻品种对种子的细菌含量有显著影响,而地域无影响。测定180个扩增子文库的细菌群落结构,发现水稻种子的菌群与水稻植株有相似之处,均以变形菌门为主要的细菌门类;地域对水稻种子的细菌群落结构有重要影响,不同地域的水稻种子在主坐标分析(principal co-ordinate analysis,PCoA)中有明显分离;而粳稻和籼稻之间无显著差异。还发现水稻种子存在核心菌群,且相对丰度高达总菌群的85.56%。【结论】本研究系统地揭示了水稻种子的细菌含量、群落结构及其影响因素,为利用种传微生物促进水稻健康提供了数据和方法支持。