噬菌体:根际菌群的“作战方案”

恩施网 夏静 2019-12-03 00:41:42
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噬菌体:根际菌群的“作战方案”  
 

 

噬菌体是环境中普遍存在的一类专门侵染细菌的病毒。此前,科学家对噬菌体能否抑制土壤中的病原菌不甚了解。

当地时间12月2日,《自然-生物技术》发表南京农业大学资源与环境科学学院最新研究成果。该成果揭示,噬菌体不仅可以“专性猎杀”和“精准靶向”土传青枯病的病原菌,降低其生存竞争能力;同时还能够重新调整根际土壤菌群结构,恢复群落多样性,增加群落中拮抗有益菌的丰度。

其实,这篇论文为一幅绘制了15年之久的土壤根际菌群“作战图”提供了一种作战方案。

论文共同通讯作者、南京农业大学教授沈其荣告诉《中国科学报》:“作为土壤肥料工作者,我们团队早在15年前就把解决土传病害这一国家重大需求列为重要研究方向,力争解决这一难题。”

决定性因素:根际菌群结构与功能

土壤、作物、病原菌、微生物,这是长期以来盘旋在南京农业大学青年教授韦中脑海中的四个关键词。作为论文共同第一作者和共同通讯作者,韦中在调查中发现,即使是病害爆发严重的田块,也存在少量的健康植株,即“田间斑块化”现象。

这到底是由于局部区域土壤环境优良,还是健康植株获得了独特的抗病基因?是土壤中病原菌数量的差异,亦或是健康土壤中有抑制病原菌生长的有益菌?对土壤及其中的微生物进行“全面体检”成了解开谜题的一个可能的途径。

可是,给土壤做“体检”谈何容易。土传青枯病致病菌是青枯菌,在土壤中能存活达10多年。青枯菌能够侵染番茄、茄子、辣椒、烟草、生姜、花生等400多种植物,常导致作物减产,甚至绝收。

在沈其荣带领下,该团队将问题逐个分解,分步骤进行各个击破。

他们从“田间斑块化”现象入手,团队成员、教授徐阳春和韦中设计了一个非破坏性根际土壤样品连续采集装置,实现了在田间条件下对单株作物不同生育期根际菌群等特性的动态跟踪。

徐阳春介绍,结果发现,是否发病主要取决于作物苗期接触的土壤微生物群落的结构和功能特征,而苗期病原菌的数量、土壤理化特性等不是主要决定因素,这一发现发表于《科学进展》。

“通俗点讲,也可以理解为‘童年’生长环境决定着作物‘成年’健康。”沈其荣说,这不仅指出了根际菌群对作物免疫的重要性,还为田间根际土壤菌群管理找到了抓手。

“相互制衡”才能和谐共存

根际是指受根系影响的土壤微域。“在病原菌进攻植物根系之前,必然要经过根际菌群大本营,这个阵营中都有哪些微生物?它们在干什么?它们是怎么工作的?只有将这些研究出来,才知道如何调控根际菌群。”韦中说。

随后,他们以六种根际土著细菌为材料,组建简单的合成菌群,探究了群落成员两两互作关系,即对抗型互作、便利型互作分别与作物抵御病原菌入侵能力之间的关系。

团队成员李梅介绍,便利型土著微生物群落促进了病原菌的入侵,而对抗型土著微生物群落则抑制了病原菌的入侵。“土著微生物之间通过产生大量公共物品相互提供‘便利’,这也大大增加了病原菌获取‘便利’的机会。相反,相互制衡的群落通过充分消耗环境中资源或着分泌大量抑菌物质有效制约了机会主义者,也就能在一定程度上抑制病原菌的入侵。”这一成果发表于国际期刊Ecology Letters。