“昊创新、好技术！”
天昊生物多年专注于深耕遗传学和基因组学等领域科研特色技术的开发，不断跟进国际先进的科研成果及技术发展，创新研发了许多特色专利技术和领域内前沿的检测服务项目，受到广大专业科研用户的认可和好评。
越来越多的研究表明，根际微生物组（rhizosphere microbiome）在植物健康和生长中起到了非常重要的作用。因此，有针对性地操纵植物根际微生物组，便成为改进未来可持续作物生产的有效策略。先前的研究发现，来自抗性植物供体的根际微生物群移植（Rhizosphere Microbiota Transplantation, RMT）可以正向调节土壤中的保护性微生物群，并有助于抑制枯萎病。然而，以往的研究主要集中在无菌条件下引入单一核心菌株，而忽略了复杂天然微生物组对引入菌株有效性的影响。随着人们对植物根际中“核心微生物组”的认识不断深入，关于核心微生物组的实际应用和使用健康根际核心微生物群构建合成群落（Synthetic Communities, SynCom）的佳方法仍然存在争论和不确定性。
近期，。来自南京农业大学沈其荣院士和凌宁教授团队的科研人员在《Microbiome》（IF=15.5，一区Top）上发表研究论文。该研究发现，合成微生物群落SynCom显著促进了未嫁接西瓜的生长并增强了其抗病性，假单胞菌在其中起到了关键作用。通过体外共培养和代谢组学分析，研究者简化并优化了SynCom，其效果与原始SynCom相似。值得一提的是，本研究利用天昊生物Accu16S®细菌绝对定量测序专利技术（V4-V5区），对不同肥力梯度土壤中的细菌群落进行绝对定量分析，发现这些SynCom微生物在9种不同肥力梯度的土壤中都有分布本研究表明，SynCom通过微生物协同作用减轻土传病害，展示了其在可持续农业中的重要应用潜力。
英文题目：Synthetic community derived from grafted watermelon rhizosphere provides protection for ungrafted watermelon against Fusarium oxysporum via microbial synergistic effects
中文题目：嫁接西瓜根际合成群落通过微生物协同作用为未嫁接西瓜提供抗尖孢镰刀菌的保护
期刊名： Microbiome
发表时间：2024年6月5日
研究首先对大田西瓜萎蔫病的发生率进行了评估，发现未嫁接（ungrafted，易感）的西瓜植株的病害发生率显著高于嫁接（grafted，葫芦砧木，抗病）的西瓜植株，根际微生物群也有显著差异，嫁接植株的根际土壤中尖孢镰刀菌（F. oxysporum）病原菌密度显著低于未嫁接植株密度（图S1）。
图S1、嫁接和非嫁接西瓜的田间图像及根际土壤微生物多样性分析。
为了探究嫁接植物根际微生物群的抑病潜力并开发有效的抗病SynCom，本研究建立了一个包含394种大田嫁接西瓜根际细菌分离株的文库，被选为SynCom的候选菌株。后续实验发现，不同生境（9种不同肥力梯度土壤）的土壤理化性质和细菌群落组成存在显著差异（图S5）。尽管这些微生物仅占总丰富度的5%，但在属级注释中，它们几乎占总绝对丰度的75%（图S6）。为了进一步评估核心微生物对未嫁接西瓜植株健康的影响，实验将16个核心菌株组合在一起，构建了一个合成群落，命名为SynCom。
图S5、核心微生物的鉴定。a）不同肥力土壤演替的实验设计。将高肥力和低肥力土壤以不同的比例混合，在每个处理中等量接种所有分离的细菌。黑暗培养90天后，从土壤样品中提取DNA。b）使用香农指数H’计算的整个微生物群落的生态位宽度。c）维恩图显示所有处理(生境)之间共有和独特的ASV。d）基于核心微生物分析，鉴定出16种核心微生物。e）气球图显示了不同生境中核心微生物在属一级的丰度。
图S6、对数尺度上微生物群落属水平绝对丰度的排序结果。
为了研究SynCom是否可以促进未嫁接的西瓜生长并起到抗病效果，本研究在温室条件下（在非无菌盆栽土壤中）设计了四个不同的处理组，包括接种无菌水（CK）、SynCom（SBC）、尖孢镰刀菌 （FON）以及SynCom和尖孢菌（SBC+FON）。结果表明，SBC组的生长明显优于CK组和FON组，高度和鲜重值显著高于CK组，干重比CK组高29%（图1）。此外，与FON组相比，SBC+FON组赋予了未嫁接的西瓜植株明显的抗病性（图1）。具体而言，与FON组相比，SBC+FON组的疾病指数（降低55.6%）和尖孢菌丰度（降低8.4%）显著降低（图1）。总体而言，SynCom接种可增强植物生长和抗病性。
图1、SynCom促进了植物生长并减少发病率。a–h）接种无菌水（CK）、SynCom（SBC）、SynCom和尖孢镰刀菌（SBC + FON）和尖孢镰刀菌（FON）后6周未嫁接西瓜植株的植株高度、鲜重、干重和根重，以及代表性图像。i）不同处理（CK、SBC、SBC+FON和FON）下的镰刀菌枯萎病指数。j）不同处理植物根际的尖孢镰刀菌密度。k）接种SynCom的相对控制效果。
为了表征SynCom接种后根际细菌群落特征的变化，阐明SynCom潜在保护作用的分子机制，本研究比较了4个组的根际微生物群落组成和宏基因组谱。结果发现，FON组的微生物多样性明显低于其他处理组（图2）。然而，SBC+FON组的多样性与CK组和SBC组的多样性相当，表明SynCom接种可以使微生物多样性正常化，以应对病原体侵扰。使用Bray-Curtis距离的PCoA显示SBC+FON和FON组的微生物谱之间存在显著差异（图2）。
随后，研究者使用宏基因组学来确定由SynCom触发的根际群落的功能特性。结果表明，SBC和SBC+FON组微生物组的功能组成与CK组和FON组有显著差异，特别是增加了参与RNA加工、修饰和细胞运动的模块。SynCom处理显著增加了假单胞菌的丰度，与根际病原体的丰度呈负相关。此外，假单胞菌生物膜合成途径中的16个基因在SBC组和SBC+FON组显著富集。总体而言，假单胞菌在增强植物健康方面至关重要，其生物膜形成途径的富集受到SynCom成员的驱动。
图2、接种SynCom的植物根际微生物群落组成和功能特征的变化。a）CK、SBC、SBC+FON和FON组的细菌α多样性（n=8）。b）细菌群落的Bray-Curtis相似性分析。c）每个处理组在属水平上的细菌相对丰度。d）不同处理组根际核心微生物ASV的相对丰度。e）对应于16个菌株中每个菌株的ASV丰度之和与每个治疗组中尖孢镰刀菌密度的相关性分析。f）报告基因评分条形图比较了不同治疗组（n=3）中KEGG通路的丰度。g）参与生物膜形成的功能基因的丰度差异。h）在生物膜形成中显著富集的基因--SBC组中的铜绿假单胞菌通路使用元连接方法追溯到物种分类学。i）在生物膜形成中显著富集的基因--SBC+FON组中的铜绿假单胞菌通路可追溯到物种分类学。
随后，研究体外共培养实验表明，核心微生物之间存在正相关关系和低水平竞争，促进了假单胞菌的生长。代谢组学分析进一步揭示了这些微生物之间的相互作用，通过代谢物交叉喂养机制增强了假单胞菌Q6的生长。这种核心微生物间的代谢物交叉喂养机制是促进植物生长的关键因素（图3）。
图3、SynCom菌株之间的体外相互作用矩阵和底物谱。
研究进一步将SynCom简化为由8种细菌菌株（铜绿假单胞菌Q6和7种具有协同作用的菌株，称为SSC8）组成的简化合成群落，结果发现，SSC8对植物生长的促进效果与完整的SynCom相当，验证了微生物协同作用的有益影响（图4）。
图4、各种简化的 SynCom 对植物生长的影响。
本研究通过对未嫁接和嫁接西瓜根际微生物群的系统分析，创造性获得了人工合成菌群SynCom。通过对接种SynCom后的研究，确定了其在通过微生物协同作用减轻土传病害，增强植物抗病性中起的关键作用。研究在此基础上，还构建了简化版SynCom，并验证了其可以保留完整版SynCom的促生长效果。这项研究提供了使用功能性SynCom作为可持续农业解决方案的新见解，展示了通过微生物互作提升植物健康的潜力，为未来农业管理策略提供了新的方向。
属于微生物组“绝对定量”的时代，已经到来！
01 天昊生物Accu16S®细菌与AccuITSTM真菌绝对定量测序专利技术简介：
天昊生物开发的微生物Accu16S®细菌与AccuITSTM真菌绝对定量测序技术，是一种基于添加内标序列的微生物绝对定量检测方法。本技术通过向样品DNA中添加天昊专利的人工合成已知拷贝数内标序列，然后进行16S扩增子文库构建、测序，再根据内标序列reads数及其绝对拷贝数绘制出标准曲线，后可获得样品中OTU代表序列对应的细菌物种绝对拷贝数。利用该方法，研究者可以同时获得绝对定量分析结果、常规扩增子相对定量结果，以及相对定量与绝对定量的比较分析结果，可谓“一次检测，三套结果”，数据更加全面准确。
02 传统的微生物扩增子相对定量测序的“技术痛点”：
1、只能获得相对定量结果，可能推导出错误结论；
2、传统qPCR等方法定量费时费力，无法避免跨平台系统误差；
3、针对特殊样本，无法排除PCR抑制剂干扰。
上图为微生物群“相对丰度(Relative abundance)”和“绝对丰度(Absolute abundance)”随时间变化比较示意图。只检测相对定量数据会掩盖了潜在微生物群落的动态变化，使变化过程中的差异更难被发现。（图片来源：Nature，2021）
上图为菌群组装过程主要由微生物之间不对称的相互作用，而基于相对丰度的数据推断出的相互作用会产生误导性的错误结果。a，相对丰度数据无法正确推断互作网络中的不对称相互作用，例如相对丰度无法检测到Staphylococcus 对Klebsiella生长的促进，还错误地推断Staphylococcus 对Candida的促进，并且无法检测到Candida或Enterococcus对Klebsiella 的生长抑制。而绝对丰度则准确推断出了上述互作关系，并且利用动物实验得以确认。（图片来源：Nature，2021）
上图为人类肠道菌群变化与微生物定量方法之间存在差异。本研究发现克罗恩氏病患者（CD）和对照人群（Control）粪便微生物的“相对丰度(RMP)”和“绝对丰度(QMP)”结果，在一些菌属中存在显著性差异。只考虑“相对定量”结果，可能会造成结论的错误或者关键菌属信息的丢失。（图片来源：Nature，2017）
03 天昊扩增子绝对定量测序技术优势：
一次检测，三套数据，结果更丰富；
对样本的需求量要求低，避免因样本无备份等造成的无法检测情况；
检测通量高，检测合格范围内各类菌种均可绝对定量；
相对定量和绝对定量数据相互印证，减少传统相对定量假阳性问题；
避免跨平台qPCR定量的系统误差；
内标法比qPCR在定量上具有更高的特异性、灵敏度和更好的一致性；
避免因样本DNA抽提等原因造成的PCR抑制剂残留对结果准确性的影响；
避免qPCR等定量实验碰到的引物设计和优化难题。
取得成绩
截至目前，天昊客户利用微生物绝对定量测序共发表SCI文章59篇，其中JCR分区在Q1区的高分文章多达29篇，研究领域涉及医学、环境、食品、农学和生态等各个领域，样本类型包括人类及动物粪便、土壤、体外发酵液、水体生物膜、酒类发酵物及口拭子DNA样本等。
天昊客户文章中关于“绝对定量”和“相对定量”异同结果的描述：
关于天昊
上海天昊生物科技有限公司，2008年4月创建于上海浦东张江高科技园区，上海市高新技术企业。天昊生物建立了整套完备的实验室管理体系和标准流程，为国内外基因生物领域科研机构、医学院校以及生物制药企业提供精确、高效的基因检测分析服务。
天昊生物具有极强的技术研发实力，研发了多项具有国际水平的专利技术，包括多种SNP分型和拷贝数检测技术、微生物16S扩增子绝对定量技术。同时利用专利自主研发的AccuCopy®、CNVplex®、SNPscan®、iMLDR®、EasyTarget®、FastTarget®、SNPseq®、CNVseq®、MethylTarget®和SSRseq®等全新技术为客户提供灵活定制科研项目检测服务。在2018年荣获“浦东新区企业研发机构”称号，2023年荣获“上海市专精特新中小企业”称号。
天昊生物遗传分析中心借助多名长期从事基因及遗传分析的领域专家构成的专家咨询团队，专业团队结合准确、高效、经济的科研技术服务体系，致力于长期为分子生物学及医学遗传学领域的研究者提供高质量的科研策略咨询、实验技术服务和遗传数据分析，帮助广大科研人员获得更为优质的科研成果。
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