今天是第1311期日報。
從關聯到因果：重組菌群體系在根系微生物組研究中的應用
Current Opinion in Microbiology
[IF:6.916]
本文系統總結了合成菌群體系在植物根系微生物組功能研究中的應用； 單菌和混菌研究的前提是分離培養根系微生物組菌種資源； 比較主流植物無菌種植研究體系的優缺點； 合成菌群體系在根系微生物組研究中應用的經典案例，包括重現自然土壤的實驗結果，研究根系微生物組的功能，研究微生物間的關係； 文章也指出當前研究方法的不足，展望了未來需要解決的問題。
Reductionist synthetic community approaches in root microbiome research
11-14, doi: 10.1016/j.mib.2019.10.010
【主編評語】微生物學權威雜誌《Current Opinion in Microbiology》雜誌發起的Environmental Microbiology專題，特邀本領域的13個頂級團隊系統總結植物微生物組在乾旱、免疫、進化和研究方法等方面的最新進展和未來的研究方向。根系微生物組伴隨著植物的整個生長周期，幫助植物吸收營養、抵抗病害和適應脅迫環境。目前主要以描述性研究為主，重組菌群體系為研究根系微生物組與宿主植物互作的功能和機制提供了前所未有的機遇。中科院遺傳發育所白洋組應邀發表了「根系微生物組研究中合成菌群體系研究方法」的綜述文章，為同行開展研究提供基礎教程，相關實驗的細節，可參考該組之前發表的Science（https://www.mr-gut.cn/papers/read/1084309231）和Nature Biotechnology（https://www.mr-gut.cn/papers/read/1070836774）等文章中的方法部分。（@宏基因組）
MP綜述：植物-微生物互作的系統生物學
Molecular Plant
[IF:10.812]
植物微生物組的組成是由非生物環境因素及其生物群落之間複雜的多邊相互作用決定的； 細菌群落結構組成是由不斷變化的環境因素如土壤、季節、日間情況以及宿主因素如物種、生長階段、區劃等因素共同決定的； 植物可以招募特定的微生物來幫助其應對特定的非生物或生物脅迫； 益生菌的功能及與病原體的相似之處是什麼； 分子的微生物-宿主相互作用的系統生物學方法是未來的關注重點。
Systems Biology of Plant-Microbiome Interactions
05-22, doi: 10.1016/j.molp.2019.05.006
【主編評語】儘管本綜述已經對植物-微生物互作的系統生物學進行了詳實的闡釋，但同時仍有許多疑問未能解決。為了解釋基因的、微生物的、及代謝之間的相互作用，包括介導微生物-宿主相互作用的信號事件複雜的關係，我們需要綜合定量系統生物學方法，雖然Castrillo等人(2017)揭示了植物營養應激反應、免疫系統功能和微生物組裝配之間的聯繫，但可能只是冰山一角，許多令人興奮的機制仍有待發現，在這篇綜述中，我們關注的是細菌間的相互作用以及小範圍內絲狀真核生物與宿主間的相互作用。本綜述在進行大量前沿性工作總結的同時也提出了很多疑問：是什麼決定了特殊的微生物-宿主互作的結果；植物的免疫系統是如何區分開致病菌及有益菌並對抗前者促進後者的；關於有益菌群與內共生菌在促進或中和有益效果方面的相互作用如何；微生物釋放的根際信號是如何被植物共同解釋的以及不同分子對植物生長和抗逆性的協同或拮抗作用有多大；植物如何將對微生物的識別與營養相關的信號結合起來；如何通過植物識別和信息處理系統來實現有益菌和病原菌的區分，這將是未來十年植物系統生物學的一個個關鍵問題。相信帶著疑問去閱讀會帶來更深刻的理解，同時了解前沿的研究方向。（@宏基因組）
微生物組技術在作物生產中的困難和解決方案
Current Opinion in Microbiology
[IF:6.916]
微生物組參與營養供給、拮抗病原體、幫助宿主抵抗不同類型的環境壓力等過程； 主要是溫室條件下的許多研究證明了微生物接種劑的潛力； 複雜的田間環境給微生物組的應用帶來了挑戰，包括使用的微生物不能夠達到足夠的細胞數量、不能迅速競爭生態位，不能介導或需要某些特定的條件才可介導期望的作用； 使用微生物作為生物肥料或進行生物防治仍存在諸多困難。
Next generation microbiome applications for crop production — limitations and the need of knowledge-based solutions
11-12, doi: 10.1016/j.mib.2019.10.006
【主編評語】植物與高度多樣化的微生物組息息相關，微生物組是宿主植物執行重要生理功能的關鍵因子。我們對接種劑接種後的變化以及共生體（植物、微生物以及環境）的相互作用的理解仍然有限。對這些知識的深入探索將為建立可預測某一菌株或某些菌組合共生體的行為模型提供基礎，並且有助於鑑定在某些條件下可以介導期望作用的微生物組成員。此類模型還可以提供調整、管理微生物組最佳方式的信息。微生物接種劑的更好的儲運方法以及通過植物基因型選擇可以與宿主更好互作的微生物接種劑等也是有前景的研究方向。（@宏基因組）
植物育種也要考慮益生菌是否開心
Current Opinion in Microbiology
[IF:6.916]
土壤特徵和脅迫事件是自然生態系統中植物與微生物群落相互作用的主要驅動力； 宿主的系統發育對居住在野生植物上的微生物群落的組成進行了微調； 作物產量和外部投入的選擇可能降低了馴化微生物組的遺傳資源； 需要大規模的比較微生物基因組學來剖析農作物微生物組的全部遺傳潛力； 涵蓋微生物和農作物基因組學的研究框架將是鑑定植物基因調控微生物組的關鍵。
Tracing the evolutionary routes of plant–microbiota interactions
11-04, doi: 10.1016/j.mib.2019.09.013
【主編評語】活躍在植物-土壤接觸面上的微生物群落對於支持植物生長發育和植物健康起到了重要作用。植物和土壤微生物的互作可以追溯到植物從海洋首次登陸。了解這些互作的進化驅動力將成為調整微生物使其利於人類活動的關鍵。本文批判性地評估了近期對於自然和農田生態系統下的植物-微生物組互作的演化歷史的相關研究。我們確定了這兩種不同的場景和領域的鮮明特徵和共性，需要進一步的研究。最後，研究者提出了將分子微生物學和作物基因組學相結合的策略將成為可預測地操縱植物與微生物群落相互作用以實現可持續作物生產的關鍵策略。（@宏基因組）
綜述植物根-真菌互作與養分平衡的關係
Current Opinion in Microbiology
[IF:6.916]
營養素的雙向交換可穩定植物與真菌共生或互利共生的關係； 營養狀況的不平衡會影響植物生理以及植物與有益土壤真菌的相互作用； 對植物生長必不可少的氮和磷的分子串擾可能對根與微生物組的相互作用有影響； 重建植物的營養狀況可以支持易於與內生真菌建立共生農作物的育種； 目前研究對叢枝菌根真菌(AMF)參與營養吸收關注較多，將來更多關注球囊菌門以外的真菌成員對植物營養和生長貢獻，可能產生更廣泛的突破。
The role of nutrient balance in shaping plant root-fungal interactions: facts and speculation
11-14, doi: 10.1016/j.mib.2019.10.004
【主編評語】微生物定殖植物根及其附近組成了宿主選擇的微生物群體。植物的生理狀態特別是營養狀態，促使植物形態和代謝發生變化，進而對微生物群施加選擇壓力。宿主植物的低磷酸鹽狀態激活了宿主根系與AMF共生關聯的分子機制。我們假設植物對營養變化的反應影響根-菌界面的過程，這些過程也促進或抑制根與除AMF以外的微生物類群的相互作用。因此，這些相互作用的基本機制將在AMF宿主和非宿主植物中共享。對維持植物營養穩態所涉及過程的詳細了解有助於制定新的策略，將主要的寄生或共生植物-微生物相互作用調整為有益的關聯。（@宏基因組）
綜述受脅迫植物從土壤中招募益生菌的機制
Current Opinion in Microbiology
[IF:6.916]
求助(cry-for-help)模型指出，土壤對植物病害的反饋響應，受脅迫的植物會招募保護性根際生物； 被病原體或草食動物攻擊的植物會改變其根系分泌物的化學成分； 特定的根際信號會改變根際微生物組的組成和活性； 改變的根際微生物組通過直接(抑制病原菌)和間接(激活宿主系統性抗性)機制保護植物； 對土壤微生物組的遺產效應(legacy effects)可以使下一代植物受益。
Crying out for help with root exudates: adaptive mechanisms by which stressed plants assemble health-promoting soil microbiomes
11-13, doi: 10.1016/j.mib.2019.10.003
【主編評語】植物從土壤中招募益生菌是近幾年的研究熱點，此類文章也發表於較高水平雜誌，如最近發表的Science：病原菌激活植物內生菌群的抑病功能 （http://www.mr-gut.cn/papers/read/1034248740）和 之前南農沈其榮團隊發表的Microbiome：植物自土壤中招募「親兵」抵抗地上病原菌入侵（http://www.mr-gut.cn/papers/read/1089249139）。均可進一步詳細閱讀，學習相關實驗設計和研究方法。本文對該領域近年的文章進行系統總結，為進入該領域研究的同行提供最新的學習資料，節約同行寶貴的時間，同行指出了下一步研究需要關注的重點問題，將推動本領域的進一步發展。（@宏基因組）
中科院遺傳發育所劉彬彬組揭示小麥根系微生物組在不同氮肥和發育階段的變化
Microbiome
[IF:10.465]
在四種不同無機氮施肥條件下和分櫱期、拔節期和成熟期對小麥根和根際的細菌和真菌群落的組成進行研究； 小麥根區微生物群落結構變化受植株生長狀況和氮素輸入的共同驅動，揭示了不同施肥水平下引起根際土壤活性炭(SAC)和土壤有機碳（SOC）變化規律的原因； 植物通過分泌有機酸來招募植物根際促生菌(PGPR)，從而對增加的N輸入作出反應； 細菌群落組成與根釋放的有機碳密切相關，而真菌群落與根際土壤活性炭密切相關。
【主編評語】來自中科院遺傳發育所石家莊農業資源中心的劉彬彬團隊的最新研究成果，通過研究四種不同水平無機氮施肥條件下小麥根和根際的細菌和真菌群落在分櫱期、拔節期和成熟期的組成、變化及根系釋放有機碳(ROC)，根系分泌的有機酸以及根際的土壤有機碳(SOC)和土壤活性碳(SAC)，確定了氮輸入的增加、碳有效性改變和植物根和根際微生物群落變化之間的關係。（@宏基因組）
曝氣生物濾池處理焦化廢水過程中N2O和NO的產生機理與群落功能研究
Journal of Cleaner Production
[IF:6.395]
在曝氣生物濾池(BAF)中，對焦化廢水實現有效脫氮，其中化學氧量（COD）及氨氮的平均去除率可分別達到73.3%和92.83%； BAF中的N2O和NO排放因子分別達到23.58％和0.09％，顯著高於一般生活汙水處理過程的排放量； 批次實驗表明硝化過程是N2O和NO氣體的主要來源，分別佔據排放總量的97.17%和93.89%； 氨氧化細菌（AOB）和反硝化細菌遍布整個反應器； 微生物群體中不平衡的N2O和NO還原酶含量是導致該處理過程產生大量N2O氣體的潛在原因。
N2O and NO emission from a biological aerated filter treating coking wastewater: Main source and microbial community
2018-12-20, doi: 10.1016/j.jclepro.2018.12.182
【主編評語】汙水處理過程中釋放的氧化亞氮（N2O）和一氧化氮（NO）氣體因具有嚴重的溫室效應和大氣汙染作用而受到了廣泛關注，但目前對含有高氨氮及難降解有機物的工業廢水處理過程中溫室氣體排放的研究還較少。本研究針對焦化廢水，一類典型的難降解工業廢水，開展研究。探究了曝氣生物濾池（BAF）工藝對焦化廢水中有機物和氮素的去除效果，以及在處理過程中N2O和NO等氣體的排放因子及產生機理。分別從BAF反應器的上中下三個部位採集微生物樣品進行16S rRNA基因高通量測序分析其群落結構，基因功能預測（PICRUSt）等分析方法發現NO和N2O還原酶之間存在很大的失衡。本研究為深刻了解工業廢水處理過程中溫室氣體的排放特徵及制定可行的控制策略具有重要意義。（@宏基因組）
感謝本期日報的創作者：宏基因組