自然通讯:提出“农业精准微生物组”概念

中国科学院分子植物科学卓越与创新中心王二涛研究组与深圳华大生命科学院合作发表了一篇论文，题为“mwas和mg的研究论文提供了基于谷子基因型依赖微生物效应的精准农业的见解”。本研究以谷子为模型，揭示了基因型、根系微生物群和农艺性状之间的相互作用网络，提出了植物农业微生物群的概念，为农业微生物群的准确应用奠定了理论基础。

全基因组关联研究()GWAS促进了科学家对植物基因型-表型关联的理解，但基因型不能完全解释群体内的表型变异。植物根系微生物群能够影响植物的表型及其对环境的适应性，被誉为植物的第二基因组。然而，它对植物表型和环境适应性的影响在遗传育种中长期被忽视。本研究基于谷子基因型、根系生物区系、生长和产量的827个表型数据，综合GWAS、全微生物组关联研究(MWAS)和微生物组-基因组关联研究(微生物组-基因组关联研究，MGWAS)等综合分析方法，探索哪些标记微生物和哪些标记基因决定植物表型，这对提高作物产量相当重要。

本研究通过构建数学模型，量化了谷子基因型SNPs和根系微生物区系对谷子生长和产量的影响。发现谷子基因型可以解释34.10%的产量性状(如单株粒重)变化，微生物可以解释43.31%的变化，基因型和微生物共同可以解释55.87%的变化，表明谷子基因型和微生物共同决定了谷子的生长和产量性状。

基于SNPs全基因组关联研究的方法，计算了不同操作分类单元(OTU)的遗传度，发现根系微生物区系的组成变化主要由植物相关基因、代谢产物合成、激素信号转导和养分吸收驱动。其中，宿主免疫基因FLS2和转录因子bHLH35与小米根系微生物类群广泛相关。比较表明，谷子的遗传类群与高粱和玉米的遗传类群高度重叠，表明植物及其微生物类群在宿主间具有相似的共同进化模式。本研究构建了谷子基因型-标记微生物群-谷子农艺表型的三角互作网络，并通过菌株接种验证了网络的关键节点。研究发现，根微生物对作物农艺性状的调节依赖于宿主植物的基因型。在此基础上，提出了农业精密微生物群的概念。

在未来的农业体系中，科学家将通过精确的微生物组设计高产栽培品种和高效微生物菌剂，从而改善植物-根系微生态相互作用和繁殖，更高效地提高作物产量。这项研究得到了国家的支持等。

谷子基因型、标记微生物和农艺性状的互作网络