科学家首次设计植物微生物组以保护农作物免受疾病侵害并减少农药的使用

科学家们首次对植物的微生物组进行了改造，提高了保护植物免受疾病侵害的“好”细菌的流行率。来自中国和奥地利南安普顿大学的研究人员在《自然通讯》上发表的研究结果可以大大减少对环境破坏性农药的需求。

公众越来越意识到微生物组的重要性，微生物组是生活在我们体内和周围的无数微生物，尤其是在我们的肠道中。我们的肠道微生物组影响我们的新陈代谢、生病的可能性、免疫系统，甚至我们的情绪。

植物的根、茎和叶中也寄生着各种各样的细菌、真菌、病毒和其他微生物。在过去的十年中，科学家们一直在深入研究植物微生物组，以了解它们如何影响植物的健康及其对疾病的脆弱性。

“我们第一次能够有针对性地改变植物微生物组的构成，增加有益细菌的数量，从而保护植物免受其他有害细菌的侵害，”该研究的共同作者托米斯拉夫·切尔纳瓦(Tomislav Cernava)博士说。该论文的作者、南安普顿大学植物-微生物相互作用副教授。

“这一突破可以减少对农药的依赖，因为农药对环境有害。我们已经在水稻作物中实现了这一目标，但我们创建的框架可以应用于其他植物，并释放其他改善其微生物组的机会。例如，增加农作物养分供应的微生物可以减少对合成肥料的需求。”

国际研究小组发现，在水稻木质素生物合成簇中发现的一种特定基因参与塑造其微生物组。木质素是一种存在于植物细胞壁中的复杂聚合物——某些植物物种的生物量由超过 30% 的木质素组成。

首先，研究人员观察到，当该基因失活时，某些有益细菌的数量会减少，证实了它在微生物群落构成中的重要性。

然后研究人员做了相反的事情，过度表达该基因，使其产生更多的一种特定类型的代谢物——宿主植物在代谢过程中产生的一种小分子。这增加了植物微生物组中有益细菌的比例。

当这些转基因植物暴露于米黄单胞菌(一种引起水稻作物白叶枯病的病原体)时，它们比野生型水稻具有更强的抵抗力。

细菌性枯萎病在亚洲很常见，可导致水稻产量大幅下降。它通常通过使用污染性杀虫剂来控制，因此生产具有保护性微生物组的作物可以有助于增强粮食安全并保护环境。

研究小组目前正在探索如何影响其他有益微生物的存在，以释放各种植物健康益处。