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⏩ 祝贺!毛碧增课题组利用16S扩增子及代谢组方法研究植物-土壤-微生物互作机制,文章登陆Top期刊


上海天昊生物 
 
近日,浙江大学农业与生物技术学院毛碧增研究员课题组博士后杨传宝等研究者,在农林科学领域国际权威(Top)期刊《Industrial Crops and Products》(IF = 5.645,中科院分区农林科学大类和农艺学小类1区)发表了题为Insight into the root growth, soil quality, and assembly of the root-associated microbiome in the virus-free Chrysanthemum morifolium的研究论文。

 

研究意义:

 
 
 
该成果在国内外首次报道植物脱毒是增强植物招募微生物群落过程的重要驱动力,在调控地下植物碳分配、恢复驯化植物与有益土壤微生物相互作用的能力、提高土壤功能和作物产量方面具有重大作用。

 

研究背景:

 
 
 
植物病毒作为重要的病原物,每年给世界各地的农作物生产造成的损失高达200亿美元。茎尖培养脱毒是目前最稳定、可靠的清除植物体内病毒、获得脱毒植物的生物技术,已在马铃薯、花卉、水果、蔬菜等作物生产上得到了广泛应用。尽管国内外研究人员已经从多个角度对“脱毒”的抗病毒机制进行大量研究,但这些研究专注于植物地上的特性,忽略了脱毒种苗培育可能与地下土壤微生物相关的重要特性。调控土壤微生物的研究已经证明具有广泛的农业增产的潜力。因此,解析植物脱毒对地下土壤生态系统的影响,提高植物对环境的适应和改造能力,对于实现未来高产高效农业的发展具有重要意义。

 

文章简介:

 
 
 
该研究以实验室创制的杭白菊脱毒种苗(virus-free chrysanthemum,VF)和常规苗(common virus-carrying, VC)为试验材料,对土壤物理性质、养分含量,根系形态、生物量,植株农艺性状和品质指标进行系统调查,用多组学技术测定及分析了根系代谢物质和土壤微生物群落的组成及相对丰度。
研究发现,植物脱毒在显著提高地上生产力的同时,通过影响根系生长、形态、代谢物组成和数量等特征,进而影响微生物组的组装。根系形态(生物量、根长)、根系代谢产物(有机酸、氨基酸、生物碱、香豆素)以及根系释放的有机碳对土壤微生物群落的多样性有正向影响,并富集更多对植物生长有益、与碳氮磷循环相关的微生物种类和根际促生菌,表明脱毒通过驱动植物光合碳向地下分配,促进了根系发育和养分捕获,增强了根系-有益微生物互惠体系的构建,从而改善根际微生态,提高地上-地下系统养分利用率和生产力。


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图1、脱毒种苗(VF)和常规苗(VC)植物根代谢产物的偏最小二乘判别分析(PLS-DA)(a),以及不同化合物丰度(峰面积) (b)。

 

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图2、细菌在(a)门和(b)属水平上的相对丰度,(c)不同土壤细菌群落的PCoA分析,(d)显示不同土壤样品细菌群落结构的相异距离。PCoA和相异距离是基于OTU水平的Bray-Curtis距离。VCB和VFB是VC和VF对应的非根际土壤样本;VCR和VFR是VC和VF的根际土壤样品。

 

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图3、根系形态和代谢特征与根际(a)和非根际土壤(b)有机碳和细菌多样性之间的相关性分析。

 

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图4、根际土壤和非根际土壤中的细菌群落组成(门水平)与根形态、代谢特征以及有机碳的冗余分析(RDA)。1:根系生物量;2:根长;3:有机酸;4:氨基酸;5:生物碱;6:糖;7:香豆素;8: 根释放有机碳;9: 土壤有机碳。

 

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图5、植物脱毒通过驱动植物光合碳向地下分配,塑造了根际微生物的多样性和组成。

 

研究结论:

 
 
 

植物脱毒对植物根系生长性状及根际微环境有明显影响。植物脱毒显著提高了根系的生物量、长度、表面积、体积和根尖数量,这不仅促进了根系代谢产物有机物质的积累,还有利于土壤团粒结构的形成和有机碳含量的增加。脱毒苗根系发达,对土壤矿质元素的吸收能力增强,利用效率提高,从而优化了其根际土壤环境,招募更多有益菌群定殖并塑造其根际微生物组。本研究表明,脱毒通过驱动植物光合碳向地下分配,促进了根系发育和养分捕获,增强了根系-有益微生物互惠体系的构建,从而改善根际微生态,提高地上-地下系统养分利用率和生产力。


 

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114362

 

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