影响因子14.65：16S全长测序+低丰度简化菌群，提供根腐病防控新视角

背景介绍

当土壤中病原体入侵时，植物可以动态调节其根际微生物并适应这种生物胁迫。植物招募的保护性微生物群落中通常包含一些低丰度的类群，其作用尚不清楚。本研究首先分析了健康和患病黄芪之间根系微生物群落结构的差异，依据患病黄芪根部的低丰度细菌构建了一个简化合成群落，该群落可起到抑制病原菌生长与触发黄芪的宿主植物诱导的系统抗性反应（ISR）的作用，实现降低根腐病发病率的目的。

实验设计

首先分离纯化黄芪根腐病根部细菌真菌，再根据二代测序的16S rDNA测序结果挑选高丰度与低丰度细菌组合成一个具有抗病功能的合成群落，通过Pacbio的长读取技术，对合成菌群开展16S rDNA全长测序,获得简化菌群，进一步研究低丰度细菌在黄芪根腐病控制中的作用。

主要结果

1. 黄芪根腐病根部细菌和病原真菌的分离

从健康和患病黄芪的根际和根中分离出423株可培养细菌和53株可培养真菌，根据盆栽实验结果，挑选尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）作为病原菌的指标。通过微生物多样性结果分析病原菌F. oxysporum入侵会导致黄芪根内细菌群落发生显著变化。

2. 健康与患病黄芪根系优势微生物

通过对健康黄芪与患病黄芪根系的优势细菌分析，得出Pseudomonas, Stenotrophomonas, Pantoea,与Chryseobacterium为腐根中的优势细菌，Plectosphaerella， Cephalotrichum与Fusarium为腐根中的优势真菌。

3. 合成群落的构建

基于菌株的促生与抗病特性，从10个高丰度属（>0.1%）和3个低丰度属（<0.1%)中各选择一种混合，生成合成群落SCI。为了研究低丰度菌是否能防止真菌病原体感染黄芪，研究者还选择了9个相对丰度较低的物种和4个随机物种来构建合成群落SCII。结果表明SCI显著增加了黄芪的根长与株高，显著降低了黄芪根腐病的发病率与致死率。说明合成菌群SCI对黄芪根腐病有显著的抑制效果。

4. 通过细菌16SrRNA全长简化合成群落

接种合成菌群SCI30天后，经三代16S全长测序发现只有4个属的菌（Stenotrophomonas 、Rhizobium、Advenella与 Ochrobactrum）存活下来。用这4株菌构建了简化菌群SCIII，有趣的是，由这四种菌组成的简单群落也可以降低根腐病的发病率和植物死亡率，且与SCI处理的植株患病幼苗数量无明显差异。研究者还测试了不同比例的高丰度和低丰度细菌混合物的控制效果，与4株单菌进行抗病与促生的对比，发现SCIII菌群处理组黄芪的发病率与致死率最低，促生效果也最佳。因此得出简化菌群对根腐病有良好的调控作用。

主编观点

• 与大部分微生态研究关注优势物种不同，本研究视角新颖的选择了低丰度但对植株生长有显著影响的菌群开展研究；

• 在扩增子研究的基础上，利用培养组技术开展关键微生物类群的分离培养，为进一步讨论简化微生物群落功能提供了有力支持；

• 在二代测序开展微生态扩增子研究的基础上，也充分利用全长扩增子高度检测灵敏度和准确度的特征，开展简化微生物群落的鉴定研究，更加完善了简化微生物群落的研究。

文章链接：《Microbiome》

Doi:10.1186/s40168-021-01169-9