微生物群相互作用的见解以提高作物的适应性和产量

谷子(Setariaitalica)是世界上最古老、更有韧性的作物之一。与水稻和小麦相比，小米具有出色的气候适应能力，并且比主流谷物需要更少的肥料、杀虫剂和灌溉。此外，以小米为基础的食物在营养上优于其他谷类作物。凭借这些特性，这种作物有望在加强粮食安全以养活世界不断增长的人口方面发挥重要作用。

华大基因与中国科学院合作，发现了有助于表型可塑性的小米植物基因型-微生物群相互作用网络。该研究于2022年10月7日发表在NatureCommunications上。

以前的研究揭示了谷子早花和晚花和抗稻瘟病的关键基因座，但与植物生长或产量相关的基因座仍然未知。该研究通过关联分析揭示了小米基因型、根系微生物组和农艺性状之间的关联，并首次提出了基因型依赖性微生物效应。这提供了对影响小米作物生长和产量的遗传和环境因素的深入分析。

该研究基于827个不同品种谷子基因组的遗传变异数据、根际微生物群(外根表面)数据以及每个小米的12个生长和产量表型数据。本研究整合了全基因组关联研究(GWAS)、微生物组关联研究(MWAS)和微生物组全基因组关联研究(mGWAS)方法，以揭示谷子基因型、农艺表型和根平面微生物群之间的关联。

研究人员确定了与六种关键农艺性状相关的257个根际微生物生物标志物。根际菌群组成主要由与免疫、代谢物、激素信号传导和养分吸收相关的植物基因的变化驱动。其中，宿主免疫基因FLS2和转录因子bHLH35与根平面的微生物类群广泛相关。微生物介导的谷子生长效应取决于宿主基因型，这表明精确的微生物组管理可用于在农业系统中设计高产栽培品种。

这些研究成果将有助于提高小米的生产力及其对环境的适应性。合著者、华大基因高级研究员王亚宇评论说：“精准微生物生物肥料的‘个性化饲养策略’将是未来开发高产品种的关键。这将涉及将DNA级精准育种与微生物生态肥料相结合。”、水肥一体化、全田管理、精准播种等现代种植技术。”