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11月4日，Microbiome在线发表了西北农林科技大学生命科学学院韦革宏教授团队题为“A simplified synthetic community rescues Astragalus mongholicus from root-rot disease by activating plant-induced systemic resistance”的研究论文，揭示了患根腐病黄芪根际及根内的微生物群落特点，并依据患病黄芪根际显著富集的细菌构建了一个人工菌群，该菌群通过抑制病原菌生长与触发黄芪的ISR达到降低黄芪根腐病发病率的目的。韦革宏教授与李哲斐副教授为本论文的通讯作者，李哲斐副教授和博士生白晓丽为本论文共同第一作者。
文章简介
土壤不仅为植物生长提供营养物质来源，还为植物提供了其生长所必须的微生物。而长期连作和过量施用化肥会改变土壤理化性质，进而影响根际微生物群落结构，导致有益土壤微生物的减少与土传病害的爆发。但目前仍主要依靠化肥、化学农药等来防治土传病害，有悖于农业可持续发展理念。
本研究中，研究人员分析了患根腐病黄芪根系的差异菌群，并从黄芪根系分离了相应的细菌，分别构建了患病黄芪根系富集菌群与下降菌群，通过植物实验发现患病黄芪根系的富集菌群可以降低黄芪根腐病发病率。通过对含有13株菌的富集菌群简化，最终得到4株菌的简化菌群，植物实验显示这4株菌构建的简化菌群仍具有等同于富集菌群的抗病能力。进一步研究发现，简化菌群通过高丰度细菌抑制病原菌与低丰度细菌诱导宿主植物ISR而实现防控黄芪根腐病的目的。本研究不仅对于深入理解患根腐病黄芪的根系微生物群落变化有重要意义，也为黄芪根腐病的生物防治提供了新的视角，具有较强的应用潜力。
主要结果图片
一、患病黄芪根腐病病原真菌的分离
作者通过分析患病黄芪根系的优势真菌属，发现了两株植物病原菌Fusarium 与 Alternaria，其中Fusarium在患病根内丰度显著上升。通过在患病黄芪根部分离真菌，得到了一株Fusarium oxysporum，根据科赫法则验证，发现这株Fusarium oxysporum确实是黄芪根腐病病原菌。
二、病原菌Fusarium oxysporum入侵对黄芪根际与根内细菌群落的影响
病原菌Fusarium oxysporum入侵导致黄芪根内细菌群落发生显著变化
三、健康黄芪与患病黄芪根系优势细菌
通过对健康黄芪与患病黄芪根系的优势细菌分析，得出Pseudomonas, Stenotrophomonas, Pantoea,与Chryseobacterium为腐根中的优势细菌，Plectosphaerella， Cephalotrichum与Fusarium为腐根中的优势真菌。
四、差异物种分析
差异分析结果表明，Stenotrophomonas、Pseudomonas与Flavobacterium等在腐根中显著富集， Rhizobiaceae与Flavobacteriales等在患病黄芪根际显著富集。通过互作网络得出，患病根内显著富集的细菌Stenotrophomonas、Flavobacterium、Pseudomonas与Fusarium呈现出负相关关系。揭示了病原菌入侵诱导黄芪招募了对病原菌有抑制作用的细菌。
五、合成群落构建
从不同培养基中分离出423株细菌。基于菌株的促生与抗病特性，从423株细菌中选择了10株高丰度菌与3株低丰度菌，将所述13株菌等量混合构建了SCI。取9株患病根内丰度下降菌，外加随机选择的4株构建了菌群SCII，以探究患病根内非富集菌是否能够防御病原菌入侵。结果表明SCI显著增加了黄芪的根长与株高，显著降低了黄芪根腐病的发病率与致死率。说明合成菌群SCI对黄芪根腐病有显著的抑制效果。
六、合成群落简化
在黄芪根际土壤接种合成菌群SCI一个月后，对黄芪根际的细菌群落进行了追踪，发现只有Stenotrophomonas 、Rhizobium、Advenella与 Ochrobactrum这4个属的菌存活下来。用这4株菌构建了简化菌群SCIII，发现SCIII仍然能够降低黄芪根腐病发病率，与SCI处理组无明显差异。SCIII菌群与4株单菌进行抗病与促生的对比，发现SCIII菌群处理组黄芪的发病率与致死率最低，促生效果也最佳。因此得出SCIII菌群具有良好的促生与抗根腐病性能。
七、不同合成群落对黄芪ISR的影响
SCIII菌群通过诱导黄芪ISR使黄芪增强了防治根腐病的能力。
Li, Z., Bai, X., Jiao, S.et al.A simplified synthetic community rescuesAstragalus mongholicusfrom root rot disease by activating plant-induced systemic resistance.Microbiome9,217 (). /10.1186/s40168-021-01169-9
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