根际微生物组组装与植物健康

土壤微生物拥有高度多样化的群落结构,其通过与植物发生复杂的相互作用影响植物健康,也被称为植物的第二基因组。最近研究表明植物能通过改变根际分泌物的组成影响根际微生物群落的组装,反之,根际微生物群落组成的改变能够通过影响植物营养吸收和抵御生物及非生物胁迫的能力影响植物健康。除此之外,农艺管理也是影响土壤微生物群落组装方式的重要因素。但到目前为止,根际微生物与宿主植物及土壤微生物之间互作机制的研究尚不清楚。本文将从农艺管理和宿主植物对微生物群落组装的影响及根际微生物组对植物健康的影响进行总结,为增加作物产量提供机会。     

基于菌植互作的植物根际细菌钝化镉作用和机制研究进展

土壤重金属镉(Cd)污染严重危害农产品安全生产,植物根际细菌在钝化土壤Cd和帮助作物抵御Cd胁迫方面发挥重要作用。本文首先概括在修复Cd污染土壤中得到广泛应用的植物根际细菌种类,并从根际细菌直接吸附Cd、调整土壤理化特性、调控土壤微生物群落和其他作用4方面阐述了植物根际细菌对Cd的钝化作用,其次从菌植互作角度阐述植物根系分泌物与根际细菌群落相互影响对土壤Cd的钝化作用。最后展望重金属胁迫下植物根际钝化Cd核心菌群的构建,以在新兴学科与技术的快速发展中探明植物根系-微生物互作体系的分子机制,深入开展植物根际细菌钝化修复重金属污染土壤的理论研究和实践。     

昆虫共生微生物及其功能研究进展

昆虫体内共生微生物能够占到昆虫生物量的1%~10%,主要包括细菌、真菌、古菌和病毒。昆虫与共生微生物共进化形成共生体,共生微生物在昆虫生物学性状、多样性形成、生态适应性与抗逆性等多方面发挥着重要的作用。昆虫中的农作物害虫严重影响农业生产。本文对2000年以来农业害虫共生微生物的多样性、研究方法和功能机制、共生微生物之间的互作以及在害虫防控中的应用等方面的研究进展进行综述和展望。随着分子微生态学、宏基因组测序等先进研究方法的不断开发应用,对农业昆虫害虫共生微生物研究的广度和深度都有了突破。发现共生微生物主要通过以下方式影响宿主昆虫：(1)合成营养物质或产生消化酶促进宿主生长发育、拓展宿主生态位;(2)产生保护性代谢物直接保护宿主抵御胁迫,或通过调控寄主植物的防御反应间接地保护宿主;(3)产生活性物质调控宿主的生殖、交配、聚集和运动等行为。昆虫共生微生物的种类和数量在一定时空范围内维持动态变化并对宿主表型产生重要影响,是宿主、环境、共生微生物互作因素之间收益权衡的结果。因此建议进一步开展以下研究：影响共生体形成和维持的分子机制;在更多时空维度上研究共生微生物、宿主、寄主、天敌和环境之间的复杂相互作用;通过定向调控共生体设计绿色高效的害虫防治策略。     

miRNA介导植物-微生物互作中的调控作用及其研究进展北大核心CSCD

微生物与植物之间存在错综复杂的双向交流和串扰,植物与病原微生物互作直接影响寄主植物的生存状况,而植物和益生微生物互作则有利于宿主的生长和健康,共生微生物也会从中受益。不管是病原微生物还是有益微生物进入植物体内,植物miRNA都会迅速做出响应,同时微生物也可以产生miRNA样RNA(miRNA-likeRNA,milRNA)影响植物健康,可见miRNA(或milRNA)是植物与微生物互作过程中迅速响应的重要媒介分子,其内在机制研究近年来取得了许多进展。文中概述了植物-病原微生物、植物-益生微生物互作中miRNA的调控作用,重点阐述了植物miRNA在植物-病原微生物互作过程中对寄主植物抗病性的调控作用和植物-益生微生物互作过程中对宿主植物生长发育及代谢的调控,以及真菌milRNA对寄主植物的跨界调控作用。     

土壤环境下的根际微生物和植物互作关系研究进展

植物根系、土壤、根际微生物以及根际范围内其他因子等组成了根际微生态系统,在根际微生态系统中的不同组分之间存在着广泛的相互作用,其中以根系-土壤-微生物之间的相互作用网络最为复杂,同时也对整个根际系统的稳定和发展有着至关重要的影响。综述了近年来国内外对于土壤环境中根际互作关系研究的进展,探讨了土壤环境对植物和根际微生物群落的影响,植物如何调控根际微生物群落的组装和稳定过程,以及根际微生物对植物生长发育、病原菌防卫和抗逆性的调控作用等,分别从土壤环境、宿主植物和根际微生物三个层面,分析了它们在根际互作关系中的角色和作用机制,以期为农业生产和环境保护提供一定指导意义和借鉴作用。     

植物根系分泌物主要生态功能研究进展

根系分泌物在植物根系-土壤-微生物互作过程及其生态反馈机制中发挥重要作用。在植物根际复杂网络互作过程中, 根系分泌物被认为是“根际对话”的媒介, 其在调控植物适应微生境、缓解根际养分竞争及构建根际微生物群落结构方面意义重大。该文结合国内外该领域主要研究成果, 综述了根系分泌物对植物生长、土壤微生物特性及土壤养分循环的影响, 并展望了未来根系分泌物的研究方向。     

根际微生物促进水稻氮利用的机制

根际微生物影响植物的生长及环境适应性。不同种属、不同种群的植物影响其环境微生物群落;反之,根际微生物也影响宿主植物生长发育与生态适应性。植物与根际微生物的互作现象及其机制,是生命科学研究关注的热点,也是农业微生物利用的关键问题。近期,中国科学家在该领域取得了突破性进展。通过对不同籼稻(Oryza sativa subsp. indica)和粳稻(O. sativa subsp. japonica)品种的根际微生物组进行研究,发现籼稻根际比粳稻根际富集更多参与氮代谢的微生物群落,且该现象与硝酸盐转运蛋白基因NRT1.1B在籼粳之间的自然变异相关联。通过对籼稻接种籼稻根际特异富集的微生物群体可以提高前者对有机氮的利用,促进其生长。该研究揭示了籼稻和粳稻根际微生物分化的分子基础,展示了利用根际微生物提高水稻营养高效吸收的应用前景。     

植物RNA沉默抗病机制与应用研究进展

RNA沉默是真核生物基因表达调控的保守机制,在植物生长发育以及响应生物和非生物胁迫过程中发挥着非常重要的作用。跨界RNA沉默与种间RNA沉默为开发基于RNA沉默的作物病害防控体系提供了理论基础。本文概括了植物RNA沉默保守途径,归纳了RNA沉默在植物-病原互作研究中的代表性研究,阐述了基于RNA沉默开发的宿主诱导基因沉默、喷施诱导基因沉默和微生物诱导基因沉默技术的原理,以及应用研究现状,以期为开发基于RNA沉默的新型作物病害防控技术提供参考。     

根系代谢物介导的植物-微生物互作的研究进展

植物根系代谢物是植物-微生物互作的桥梁纽带,作为信号物质和微生物营养源调控着微生物的群落结构和多样性,而根区微生物区系的改变则反作用于植物的生长、发育和抗性。本文聚焦植物根系代谢物介导的植物-微生物互作,梳理了植物-微生物互作研究中次级代谢物的种类、作用及其检测手段;探讨了植物通过调节自身代谢物以适应品种进化及繁衍后代过程中发挥的功能作用;阐述了逆境胁迫下植物利用根系代谢物招募特异微生物(解磷、溶磷)或者有益微生物促进自身生长以缓解胁迫压力的机制;分析了根系代谢物作为信号物质诱导植物抗病的方式"求救假说",为可持续农业发展提供思路和理论依据。     

根际微生物促进水稻氮利用的机制

根际微生物影响植物的生长及环境适应性。不同种属、不同种群的植物影响其环境微生物群落; 反之, 根际微生物也影响宿主植物生长发育与生态适应性。植物与根际微生物的互作现象及其机制, 是生命科学研究关注的热点, 也是农业微生物利用的关键问题。近期, 中国科学家在该领域取得了突破性进展。通过对不同籼稻(Oryza sativa subsp. indica)和粳稻(O. sativa subsp. japonica)品种的根际微生物组进行研究, 发现籼稻根际比粳稻根际富集更多参与氮代谢的微生物群落, 且该现象与硝酸盐转运蛋白基因NRT1.1B在籼粳之间的自然变异相关联。通过对籼稻接种籼稻根际特异富集的微生物群体可以提高前者对有机氮的利用, 促进其生长。该研究揭示了籼稻和粳稻根际微生物分化的分子基础, 展示了利用根际微生物提高水稻营养高效吸收的应用前景。     

微生物-肠-脑轴的研究进展

肠道微生物群能够调节宿主肠道稳态,同时参与调节宿主神经系统功能和行为。肠道菌群失调可能导致宿主神经系统功能障碍,从而引发神经退行性疾病。因此,研究微生物在肠?脑轴中发挥的作用及其机制,靶向调控肠道微生物菌群结构和功能,将为神经系统疾病的诊断与治疗提供新的手段。近年来,有关肠道微生物与机体神经系统间的互作研究受到了广泛关注,然而其具体的调控机制还未明晰。因此,本文综述了肠道微生物对宿主神经健康的调节作用,以及肠道微生物与宿主间的互作在调节神经功能、行为的潜力等研究进展,为更好地了解肠道微生物在调控宿主神经系统功能和行为的作用机制提供参考。     

内生真菌及其对宿主植物生态适应性的影响

从植物-真菌的相互作用和植物体内微生态学的角度,综述近年来植物-内生真菌互作关系的研究进展,分析在生物和非生物环境因子胁迫下,植物内生真菌对宿主生态适应能力的影响及其可能的机制,特别强调将植物及其内生微生物作为一个整体研究的重要性,表明植物内生真菌作为一类重要的微生物资源,可以在增强植物的生态适应性,缓解全球气候变化对植物和人类的压力方面发挥其重要的作用,因而具有良好的应用前景。     

瘤胃微生物与宿主互作及其日粮调控研究进展

瘤胃微生物与宿主间存在互作关系,宿主动物遗传信息影响瘤胃微生物,而瘤胃微生物变化也同样受到日粮原料、营养水平以及外源添加物质的调控。近年来,通过多组学技术分析瘤胃微生物与宿主关系及其内在机制已成为研究热点。综述了瘤胃微生物与宿主关系及受日粮调控作用研究进展,具体介绍了瘤胃微生物与宿主基因组关系,瘤胃微生物与动物生产性能关系,以及在日粮配置、益生菌益生元和植物次生代谢物添加等条件下对瘤胃微生物的影响;并对瘤胃微生物研究的发展趋势和应用前景进行了展望。     

植物根系分泌物对土壤污染修复的作用及影响机理

生物修复是一种经济环保的土壤修复技术。根系分泌物是利用生物修复污染土壤过程中的关键物质,也是植物与土壤微生物进行物质交换和信息传递的重要载体,在植物响应污染物胁迫中扮演重要角色。研究植物根系分泌物对土壤污染修复的作用和影响机理,是深入理解植物和微生物环境适应机制的重要途径,对促进生物修复污染土壤有重要指导意义。从污染物胁迫对根系分泌物的影响、根系分泌物对土壤污染物环境行为的影响、根系分泌物在调控污染土壤中根际微生物群落结构和多样性中发挥的作用等几个方面综述了根系分泌物对土壤污染修复的影响及内在机制。研究结果表明,根系分泌物在降低重金属对植物的毒性、加速有机污染物降解等方面有非常重要的作用。根系分泌物对土壤微生物的丰度和多样性均有显著影响,其与根际微生物互作在土壤污染物的消减中发挥了重要的调控作用。在此基础上,提出了以往研究中的不足,并对污染物胁迫下根系分泌物未来研究的方向和趋势进行了展望。     

拟南芥与叶际微生物组的互作遗传机制——基于网络作图理论

叶际微生物组对植物的生长发育至关重要，但植物与其定殖微生物组相互作用机制尚不明确。目前植物与微生物互作研究多集中于根际微生物组，对叶际微生物组的研究较少，且这些研究未能从微生物互作的角度探究植物与微生物的相互作用机理。基于网络作图理论，将拟南芥基因组SNP （Single Nucleotide Polymorphisms）分子标记数据与微生物组网络特征值相关联，挖掘影响叶际微生物组网络结构的枢纽基因，以探究拟南芥塑造叶际微生物组网络结构的遗传机制。通过对188株拟南芥及其叶际微生物组数据的分析，识别出四种关系下的中心节点微生物，筛选到622个显著SNP位点。进一步构建了贝叶斯遗传网络，获得26个枢纽基因，这些基因可能参与了植物抗病、激素分泌和生长发育相关的分子途径。本研究从全基因组角度探究植物调控自身微生物组的遗传机制，揭示植物与微生物组如何互作促进植物健康，将为精准分子育种提供理论基础和遗传资源，并为合成菌群用于创制新型菌剂提供数据支持，具有重要的科学意义和应用价值。     

昆虫共生微生物：研究进展与展望

昆虫共生微生物是指与昆虫宿主建立持久互作关系的微生物，这些微生物分布于昆虫的体表、肠道、血腔或者细胞内，参与调节宿主昆虫的多种生理功能。昆虫-共生微生物互作研究涉及多个学科领域的交叉。深入研究昆虫共生微生物的功能及其与宿主的互作关系不仅有助于阐明重要的生命科学机理，还将为害虫治理和虫传病害的防控以及益虫的有效利用提供新的思路和方法。近年来，我国学者在昆虫微生物组研究领域取得显著进展，在多个研究方向取得重要成果。本文概述了国内外昆虫共生微生物研究的最新进展，介绍了本专辑论文的主要研究内容，并提出了值得关注的3个研究方向：(1)昆虫细胞内共生微生物的功能；(2)昆虫调控共生微生物丰度和传播的机制；(3)昆虫共生微生物的遗传改造和应用。     

植物根际微生物群落构建的研究进展

植物根际是指植物根系与土壤的交界面,是根系自身生命活动和代谢对土壤影响最直接、最强烈的区域,其物理、化学和生物性质不同于土体土壤。在这个区域里,与植物发生相互作用的大量微生物,被称为根际微生物。根际微生物在植物的生长发育和植物病虫害的生物防治等方面都具有十分重要的意义。本文总结了根际微生物群落构建的研究现状,介绍了根际微生物的经典和最新的研究方法,包括根箱法、同位素技术以及高通量测序、菌群定量分析、高通量分离培养等方法在根际微生物研究中的应用,讨论了植物根系分泌物(碳水化物、氨基酸、黄酮类、酚类、激素及其信号物质)和土壤物理化学性质对根际微生物群落的影响,概述了根际微生物-植物的互作机制,以及根际微生物群落对植物的促生作用、提高植物抗逆性和抑制作用,并对根际微生物群落研究中存在的问题和未来发展方向进行了展望。     

益生菌调控幼龄畜禽消化道微生物研究进展

益生菌是一类对宿主(人类或动物)有益的活性微生物,包括细菌、真菌(如酵母)等,具有促进动物生长、提高免疫力的作用,是潜在的抗生素替代品。益生菌可能通过与动物消化道微生物互作来发挥益生作用,但具体机制仍不明确。综述了基于高通量测序技术研究益生菌调控幼龄畜禽(仔猪、雏鸡、反刍动物)消化道微生物群落组成的最新进展,并提出了未来研究方向,包括益生菌如何通过与消化道微生物互作影响其功能,益生菌对于幼龄畜禽不同健康状态下肠道微生物的影响,以及宿主因素如何影响益生菌对于幼龄畜禽消化道微生物的作用效果。     

根际微生物-植物-病毒-介体昆虫多元互作研究进展

近年来各种农作物病虫害的频发,以及化肥、农药滥用带来的系列农业问题的加剧,迫切需要更加环保可持续的方法实现绿色植物保护。植物病毒导致植物严重病害,素有"植物癌症"之称,因其难于防治,高度依赖化学农药防治介体昆虫。农业生态系统中,作物已有的精密调控机制,维持其与周围各种有害或有益生物进行信息交流并成功在复杂的生境中成长,病害的爆发与控制是植物-病原-昆虫之间的抗性节制-反制的博弈过程。植物在整个生活史中与生境中各种生物发生多种相互作用并彼此联系,这些互作利于或不利于其生长发育及繁殖。探索研究利用植物根际微生物群落(Microbiota),提升植物抗虫传病毒病害能力的多元生物互作机制,有助于更好的保护植物健康,提高生态文明。从介绍植物-根际微生物、植物-病毒、植物-昆虫、植物-病毒-昆虫四个互作的子系统研究现状入手,揭示目前所知的各个分系统互联互通的分子机制,并讨论围绕植物根际微生物组进行多元互作研究的趋势及重要意义,以期对有关植物与周围生物互作做较为全面和系统的介绍,从而为基于多元互作机制寻找绿色、可持续的治理植物虫传病害策略提供参考和启发新思路。     

根际微生物群落功能与调控的研究进展

根际微生物群落是随植物长期进化及地球生境变迁而形成的动态微生物系统。随着多组学技术的不断发展，人们对根际微生物群落结构与功能的研究日益深入。根际微生物群落中的功能微生物类群，如植物促生细菌、植物促生真菌等，通过与植物建立紧密的物质、能量与信息联系，参与植物激素合成、难溶营养物解离、生物固氮、微生物拮抗、生长因子供应等系列生物学过程，从而提高植物营养物质吸收与抗逆能力，为植物的健康和高效生长提供重要保障。这些微生物中的某些成员已被开发成微生物刺激剂，广泛应用于作物增产抗逆与农田地力提升。近年来，多学科的交叉融合为根际微生物群落结构-功能-调控策略的交互式研究提供新的机遇，推动了基于合成生物学与材料科学技术的合成微生物组的发展。尤其是在核心微生物互作方面，人工蛋白创制、磁性组装、生物炭强化等策略能够增强核心微生物与目标植物之间的物理连接作用，大幅提高合成微生物组的工作效率和稳定性，从而有效驱动作物增产增收，提高污染修复效率。因此，根际微生物群落结构、功能与调控的深入研究，必将为绿色农业发展提供不竭动力。