研究植物根部共生群落的三维结构

动物和植物与微生物形成复杂的共生群落，即所谓的微生物组。来自杜塞尔多夫海因里希海涅大学 (HHU) 和科隆马克斯普朗克植物育种研究所 (MPIPZ) 的研究小组现已研究了植物根部周围的三维微生物群结构。

在《细胞宿主与微生物》杂志上发表的一篇文章中，他们报告说，微生物群落组成沿着根部变化，并且受到根部空间代谢的影响。

人们被大量的有益生物所殖民。特别是在肠道中，所谓的肠道微生物群在人类健康中发挥着重要作用。这种现象也存在于植物中——它们也拥有“微生物群”：帮助提供土壤中的养分并保护植物免受病原体侵害的微生物。

人体肠道由不同的部分组成，每个部分都有特定的功能。大约10年前，分子研究表明，肠道的各个部分具有特定的干细胞和不同的代谢活动。

肠道内的各种生理和遗传差异导致肠道各段的微生物定植存在差异。现在已知肠道微生物群具有高度复杂的三维生物地理学。

为了研究根部微生物群是否也表现出生物地理差异，HHU 和 MPIPZ 的三个研究小组对模式植物拟南芥 (Arabidopsis thaliana) 进行了联合研究。研究人员采用了所谓的“多组学”方法，包括“转录组学”(对组织中所有 RNA 分子的分析)和“代谢组学”(对代谢网络的研究)以及合成生物学和生物信息学等其他学科。

在他们的文章中，生物学家描述了两种生长系统的开发，使他们能够分析拟南芥根部微生物群：CD-Rhizotrons 和 ArtSoil 生长介质。在这两个系统的帮助下，他们证明了微生物群沿根纵轴的空间组织的存在，以及植物代谢物和代谢活动的相应差异积累。

该研究的主要作者兼通讯作者、HHU 分子生理学研究所的 Eliza Loo 博士表示：“利用生物信息学和遗传学方法，我们确定了三种所谓的 SWEET 糖转运蛋白，它们有助于糖和其他代谢物沿着根部的分布。这些转运蛋白对于根部细菌的空间定殖是必需的。”

HHU 计算细胞生物学研究小组的 Tin Yau Pang 博士补充道：“我们能够解码微生物和宿主(在本例中为植物)之间复杂的代谢网络。”

该研究的第二主要作者、来自 MPIPZ 的 Paloma Durán 博士说：“这些发现有助于优化微生物群落，从而改善植物免受病原体侵害，从而改善植物健康。”

HHU 分子生理学研究所所长兼通讯作者 Wolf Frommer 教授表示：“为了了解宿主微生物组的空间定植，需要对植物和微生物物种的 3D 生物地理学进行更详细的分析“这是必要的。我们目前的出版物为此类工作奠定了基础。研究现在应该扩大到大麦等农作物。”