沈其荣院士团队利用根际菌群移植筑建根际免疫新防线

2022年2月1日虎年大年初一，Nature子刊《ISMECommunications》在线发表南农大资环学院沈其荣院士团队LorMe实验室的最新研究成果《Exploringrhizo-microbiometransplantsasatoolforprotectiveplant-microbiomemanipulation》。该研究通过田间原位试验、根际微生物组分析和宏培养学等研究，揭示根际菌群移植增强作物抵御土传青枯菌生物障碍的根际微生态过程与机制。研究发现，供体和受体植物根际菌群的匹配性与核心有益菌的定殖能力是移植成败的关键。该研究为根际免疫的定向提升提供了新思路，为土壤生物障碍的消减提供了新的技术手段。土传病原菌已经成为制约农业生产的主要生物障碍因子，消减土壤生物障碍是根际微生态与作物健康领域的一项重大挑战。微生物组在人体、动物、植物等宿主健康中发挥关键作用，国内外学者利用肠道菌群移植手段在解决人体和动物健康方面问题取得了一系列突破。根际作为植物的肠道，定殖着大量有益微生物，在植物抗病能力形成过程中发挥着关键作用。能否把抗病植物根际微生物组移植给感病品种，提升其根际免疫能力成为热点问题。生产上，番茄种植常面临土壤青枯菌生物障碍问题，以茄子为砧木嫁接番茄是解决该生物障碍的常用方法。为此，LorMe实验室与广西农业科学院蔬菜研究所合作，尝试将具备根际免疫能力的抗性茄子根际菌群作为供体，转移到易被土传青枯菌入侵的敏感番茄受体根际，建立根际菌群移植消减土壤生物障碍的方法。该研究以12种茄子为材料，在土传青枯菌连作障碍田块开展三年田间原位试验，评估了不同品种稳定抵御土传青枯菌入侵的效果以及根际免疫菌群的特征。以6种抗性品种的根际菌群为供体，探究根际菌群移植处理后受体易感番茄品种Micro-Tom的健康状况和根际菌群变化。发现有一种茄子的根际菌群可成功移植，超过60%的供体菌群可在受体植物根际定殖，障碍发生率降低47%。利用宏培养组研究发现，移植成功组的根际菌群以拮抗型细菌为主，尤其是来自抗性供体菌群的假单胞菌和寡养单胞菌等7个属的核心有益菌的根际定殖能力，对提升敏感作物受体的根际免疫能力至关重要。该研究初步探究了根际菌群移植在提升作物根际免疫能力方面的应用潜力，为土传致病菌生物障碍的消减提供了理论基础和技术方案。该研究得到国家自然科学基金重大项目、国家自然科学基金优秀青年项目、国家重点研发计划青年科学家项目和中央高校基本业务费等项目的资助。江高飞博士为论文第一作者，我院韦中教授和广西农科院王益奎研究员为共同通讯作者。沈其荣院士、徐阳春教授和宾大FranciscoDini-Andreote助理教授等参与指导了该项研究。全文链接https://doi.org/10.1038/s43705-022-00094-8