植物功能微生物组与合成菌群设计
专题介绍
植物功能微生物组如何组装、又如何设计合成菌群？五位报告人分别从小麦、大豆、抑病土壤、玉米和茶树出发讨论。
专题背景
CGM 基因组学术沙龙于 2024 年 4 月 22 日联合“植物微生物组”公众号和 iMeta 期刊举办微生物组专题活动，围绕植物功能微生物组与合成菌群设计展开五场报告。何晓青（北京林业大学）、王孝林（华南农业大学）和时玉（河南大学）作为特邀嘉宾参与交叉话题讨论，庞志强负责专题并主持，沈佳泳担任轮值主持人。
小麦基因型特异招募的耐旱功能微生物
西北农林科技大学
博士，2016年博士毕业于西北农林科技大学，2019年就职于西北农林科技大学，从事植物抗逆分子生物学基础，极端环境下抗逆种质资源的挖掘、植物与微生物互作等研究。主要研究成果以第一作者在 Microbiome、Science of The Total Environment、Plant biotechnology journal、Bioresource technology等期发表论文。 研究方向：植物微生物组
未来干旱的严重程度和频率将大幅增加，使农作物产量显著降低。调控根际微生物组能够有效的缓解农业生态系统的干旱胁迫。然而，对于抗旱植物如何通过招募特定根际真菌来增强干旱敏感品种的抗旱性仍知之甚少。我们利用扩增子和宏基因组测序技术，对抗旱和干旱敏感小麦根际微生物群落的组成特征和功能特征进行研究，挖掘影响根形态特征的微生物关键分类群，利用RNA-seq和RT-qPCR探讨了根际微生物如何改变植物对干旱胁迫响应特性的机制。
结果表明寄主基因型、区室生态位和种植地点共同影响根际微生物组的组装和功能，并且宿主基因型对真菌群落的影响更大。抗旱小麦品种（运旱618）比干旱敏感品种（中国春）具有更高的微生物群落多样性，更复杂的微生物界间网络。宏基因组分析进一步表明，抗旱品种的根际微生物组在能量代谢，特别是碳循环方面的投入较高，通过干旱诱导的反馈调控形成了它们独特的耐旱性。此外，抗旱品种富集的M.alpina通过调控CIPK9和PP2C30通路，激活干旱响应基因来提高干旱敏感小麦的抗旱性。然而，干旱敏感品种富集的E.nigrum和M.alpina具有显著的生态作用分化，当共定殖E.nigrum和M.alpina时，小麦的侧根和根毛被显著抑制，从而降低其抗旱性。该研究阐述了抗旱品种及其根际微生物群之间关键生态互动，并对具有相应功能的有益微生物菌群助力可持续农业提供理论参考。
已选择第 1 场：小麦基因型特异招募的耐旱功能微生物，岳红
其他参与人
北京林业大学
博士，教授，博导，受聘为微生物组与生物信息交叉学科高起点期刊iMeta青年编委（2023-2025），Modern Agriculture副编委，中国农业生物技术学会微生物生物技术分会理事，为New phytologist、Chemosphere、Science of the total environment、Journal of Environmental Sciences、环境科学学报等学术期刊担任审稿人。近年来，在国内重要学术期刊上已发表论文40 余篇，其中发表在Nature communications、Science of the total environment、npj biofilms and microbiomes、Frontier in microbiology、Frontier in plant science等SCI期刊上20余篇。主持国家重点研发计划子课题、自然科学基金面上项目等。 研究方向：植物与微生物组的互作机制，合成菌群，生态系统微生物组等
华南农业大学
博士，首聘教授，长期致力于植物微生物组学研究，植物定量微生物组学的引领者，“千种植物微生物组计划”（The 1,000 Plant Microbiomes Project，1KPM）的主要设计和执行人之一。目前，以（共同）第一或微生物组学负责人在Nature，Cell，Molecular Plant，Science Bulletin，Nature Communications，Plant Biotechnology Journal，Soil Biology and Biochemistry等国际著名期刊发表多篇研究论文，并受邀在Annual Review of Plant Biology和植物生理学报等期刊撰写综述。 研究方向：植物微生物组
河南大学
博士，教授，博导。长期从事土壤和植物微生物组相关的科研工作，研究领域主要包括农业土壤微生物时空演变及其生态功能，微生物-植物-环境的相互作用，微生物群落的结构组成和功能分析。近年来，以华北平原麦田土壤为研究对象，开展了土壤核心菌群与土壤养分循环相互关系的研究。已在Microbiome, Environment International, Soil Biology and Biochemistry, Journal of Ecology, Environmental Microbiology, Agricultural Ecosystems and Environment, Soil Ecology Letters, iMeta等英文期刊发表论文90余篇。Web of Science 总引 6000余次，单篇最高他引 278 次，H 指数 35，连续两年（2022、2023）入选科睿唯安“全球高被引学者”，被评为2023年度河南省教育厅学术技术带头人。主持国家自然科学基金项目 1 项，完成1项；骨干承担国家重点研发计划青年科学家项目 1 项；获河南省优秀青年基金资助；获第十六届中国土壤学会科学技术一等奖和江苏省科学技术二等奖。 研究方向：土壤和植物微生物组学
参考文献
- Yue Hong, Sun Xuming, Wang Tingting, Zhang Ali, Han Dejun, Wei Gehong, Song Weining, Shu Duntao. Host genotype-specific rhizosphere fungus enhances drought resistance in wheat. Microbiome. 2024;12(1):44. DOI: 10.1186/s40168-024-01770-8
- Wang Mingxing, Ge An-Hui, Ma Xingzhu, Wang Xiaolin, Xie Qiujin, Wang Like, Song Xianwei, Jiang Mengchen, Yang Weibing, Murray Jeremy D., Wang Yayu, Liu Huan, Cao Xiaofeng, Wang Ertao. Dynamic root microbiome sustains soybean productivity under unbalanced fertilization. Nature Communications. 2024;15(1):1668. DOI: 10.1038/s41467-024-45925-5
- Jing Jiayi, Garbeva Paolina, Raaijmakers Jos M, Medema Marnix H. Strategies for tailoring functional microbial synthetic communities. The ISME Journal. 2024;18(1):wrae049. DOI: 10.1093/ismejo/wrae049
- Zhang Liyu, Yuan Liang, Wen Yanchen, Zhang Meiling, Huang Shuyu, Wang Shiyu, Zhao Yuanzheng, Hao Xiangxiang, Li Lujun, Gao Qiang, Wang Yin, Zhang Shuiqing, Huang Shaomin, Liu Kailou, Yu Xichu, Li Dongchu, Xu Jiukai, Zhao Bingqiang, Zhang Lu, Zhang Huimin, Zhou Wei, Ai Chao. Maize functional requirements drive the selection of rhizobacteria under long‐term fertilization practices. New Phytologist. 2024;242(3):1275-1288. DOI: 10.1111/nph.19653
- Zhang Liyu, Zhang Meiling, Huang Shuyu, Li Lujun, Gao Qiang, Wang Yin, Zhang Shuiqing, Huang Shaomin, Yuan Liang, Wen Yanchen, Liu Kailou, Yu Xichu, Li Dongchu, Zhang Lu, Xu Xinpeng, Wei Hailei, He Ping, Zhou Wei, Philippot Laurent, Ai Chao. A highly conserved core bacterial microbiota with nitrogen-fixation capacity inhabits the xylem sap in maize plants. Nature Communications. 2022;13(1):3361. DOI: 10.1038/s41467-022-31113-w
- Xin Wei, Zhang Jianming, Yu Yongdong, Tian Yunhe, Li Hao, Chen Xiaolu, Li Wei, Liu Yanlin, Lu Ting, He Biyun, Xiong Yan, Yang Zhenbiao, Xu Tongda, Tang Wenxin. Root microbiota of tea plants regulate nitrogen homeostasis and theanine synthesis to influence tea quality. Current Biology. 2024;34(4):868-880.e6. DOI: 10.1016/j.cub.2024.01.044
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