团队探索多年生生物能源作物中的叶片微生物组

“你有没有想过叶子上的生活?”五大湖生物能源研究中心(GLBRC)研究员Ashley Shade提出了一个简单的问题，但这是一个非常值得研究的问题。

微生物居住的植物地上部分或叶状圈代表了植物上最大的环境表面积。该地区大部分是作为耕作农业种植的，了解植物与生活在其表面的微生物之间的相互作用可能有助于我们开发可以提高作物生产力和复原力的农业管理实践。

在他们新发表的研究中，GLBRC和先进生物能源和生物产品创新中心(CABBI)的能源部生物能源研究中心的合作者研究了叶子上生活的复杂性。

柳枝稷和芒草等多年生植物是生物燃料可持续发展的关键目标。除了产生大量可转化为生物燃料和生物产品的生物质外，多年生作物还提供广泛的生态系统服务，支持减缓气候变化的努力，例如封存温室气体和推动土壤中的养分循环。

像所有植物一样，多年生植物是各种微生物的家园，其中许多微生物有益于宿主。例如，一些与植物相关的微生物可以提高植物的生产力，并提供一些保护，防止高温和干旱等环境压力因素。正因为如此，植物微生物组的管理是促进作物生长和恢复力的一种工具，这在全球气候变化面前尤为重要。随着选择性育种和数据知情的实地实践，微生物组管理有望有助于生物燃料原料的可持续生产。

植物的不同部分是不同微生物的家园。近年来，许多研究人员研究了根际(根部周围的地下区域)中发生的植物 - 微生物相互作用，这对植物吸收水分和养分的能力起着关键作用。然而，包括叶子表面在内的地上叶层也是一些非常重要的微生物的家园。

也就是说，已知叶层微生物在碳循环和保护植物免受有害病原体侵害方面发挥作用。由于经常选择芒草和柳枝稷等多年生生物燃料原料来最大化叶表面积，因此了解叶层微生物组和那里发生的植物 - 微生物相互作用有望在我们改善原料生产的能力中发挥非常重要的作用。

在新发表的研究“多年生作物叶层微生物组的季节性活动”中，研究人员使用尖端的基因测序和生物信息学工具来识别生物能源作物叶子上生活和生长的微生物，以及这些微生物如何在整个生长季节对植物做出反应。

该研究发表在《自然通讯》上，由爱荷华州立大学农业和生物系统工程副教授CABBI可持续发展主题研究员Adina Howe领导;以及GLBRC的Shade，密歇根州立大学植物，土壤和微生物科学副教授。

“众所周知，芒草和柳枝稷共享共同的叶圈微生物，”豪说。“在这项研究中，我们展示了他们何时积极成长，并确定他们在做什么。生活在叶子上，这些微生物可以生物合成天然产物，这对于应对植物压力源可能很重要。

为了研究叶片微生物组及其在整个生长季节的动态，研究人员从5月到11月每月收集柳枝稷和芒草叶微生物组。

从这些样本中，研究小组对微生物组的宏基因组和宏转录组进行了测序。宏基因组是可以在群体中的个体中找到的所有基因的集合(即可能表达的基因库)，而宏转录组特指群体中个体积极表达的基因。使用生物信息学工具，分析了微生物组的宏基因组和宏转录组，揭示了叶状层中存在的微生物类型及其在整个生长季节的基因表达。

这项研究表明，叶片微生物正在积极生长并表达产生各种代谢物的基因。例如，与萜烯产生相关的基因经常在叶层中表达。萜烯很有趣，因为它们被用作植物和细菌中的信号分子，可以帮助保护植物免受压力。萜烯还参与调节一氧化氮和甲烷的生产，它们是强大的温室气体。这项研究还发现，不同群体的微生物在生长季节的丰度和代谢功能各不相同，这表明它们可能对不同的植物线索做出反应。

总体而言，这项研究指出了特定的微生物功能，这些功能可以作为未来植物微生物管理的目标，可用于促进作物生长和恢复力。

虽然很小，但树叶上的生命可能只是更可持续未来的关键之一。

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