Nature封面：深度剖析植物微生物组

寄生性微生物基因组的研究热潮袭来，前段时间刚刚公布的系列人类微生物基因组研究成果给我们带来了诸多惊喜，而一期（8月2日）的Nature又以封面的形式公布了与植物有关的根系微生物群体的基因组信息，在这个进行的大规模分析中，来自北卡罗莱纳大学教堂山分校，以及美国能源部联合基因组研究所（DOE-JGI）的研究人员发表了题为“Defining the core Arabidopsis thaliana root microbiome”的文章，全面分析和比较了上百种类型的细菌微生物，深入解析了“植物微生物组（plant microbiome）”的机制，建立了相关领域的迄今为止zui完整的实验框架。

Dangl教授说，“几十年前，科学家们就知道植物能通过与微生物的相互作用，促进生长”，研究人员逐个逐个的分析了这些相互作用，分析这些微生物菌群对植物生长所起的作用，但是实验室温室环境毕竟与天然环境不同，细菌也不是单独行动的，“每铲土都是不同的，微生物菌群也是非常多样，极其复杂的，”Dangl教授说，“在这个生态社会中，大家都采用着复杂的分子信号进行交流。”

土壤是植物整个生命周期赖以生存的依据，因此植物需要能了解和适应这个营养供给环境，Dangl教授解释道，科学家们推测，植物可能“聘请”某些微生物做“助手”，帮助它们茁壮成长，但是关于这种相互作用，至今还大部分未知。关于一种植物的基因如何影响其根系周围，或者内部微生物菌群建立的情况，还几乎是空白领域，Dangl教授说。

在过去25年里，Dangl教授通过分子生物学分析植物用以抵抗病原菌入侵的防御机制，梳理出基因在植物免疫系统的作用。“我们的研究聚焦于这一相互作用——在受控的实验室条件下的一种植物和一种微生物，”他说，“从这些研究中我们学到了很多，但zui终能到达一个点，在那里可以对已知的东西更深入的了解，或者提出一种新观点来”。这一次，他决定采用能更好反应复杂地下生活的一种方式来探讨植物-微生物的相互作用。

他们分析了模式植物拟南芥这一单一植物中可能存在的，多达120种不同类型的细菌，比较了土壤中的微生物菌群与根系菌群，“我们希望能了解调控根系上的微生物菌群，帮助植物生长的分子机制，生态学家认为这是一个包含120个变量的问题，但是我想要建立一个根本机制，我希望能在已被研究的多种相互作用之间建立关联，使其能具有预测性。”

他们首先剔除了土壤中的蠕虫和昆虫，将土碾碎形成均匀的介质，然后根据不同的自交系遗传背景种植无微生物的植物幼苗，不久植物茁壮成长，研究人员收集根系，以及周围的土壤进行分析。他们收集了超过600株植物，轻轻摇去它连接zui近的土壤，即根际微环境。

接下来研究人员收集这些根际土壤，以及清洁干净的根，分析根系细胞中存在的微生物，这样几个星期后，当植物变得生长的非常缓慢了之后，研究人员又收集根系和土壤。

因此Dangl教授带领着他的研究生Derek Lundberg，和Sur Hererra-Paredes等人，分析了不同土壤，不同遗传背景下的上百个拟南芥根系周围和内部的微生物，并进行了基因组比对。

为了能将每个样品中的细菌分类，研究人员采用了一种基于16S核糖体的RNA（16S rRNA）基因序列的识别方法，这种序列存在于所有的细菌中，但是各不相同，能用于区分大多数细菌类型。为了完成这一大规模的测序工作，Dangl研究组与能源部联合基因组研究所的Susannah Green Tringe研究组合作，展开工作。