Microbiome：马铃薯疮痂病与土壤微生物组关系新进展

撰文：史文聪 山东农业大学生命科学学院

责编：刘永鑫 中科院遗传发育所

文章信息

题目：The occurrence of potato common scab correlates with the community composition and function of the geocaulosphere soil microbiome

链接：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-019-0629-2

期刊：Microbiome（IF：11.607）

投稿：2018年7月14日；出版：2019年2月1日

通讯作者：高峥（[e-mail]）；周波（[e-mail]）

单位：山东农业大学作物生物学国家重点实验室；山东农业大学生命科学学院

文章简介

2019年2月1日，山东农业大学生命科学学院高峥教授和周波教授团队联合在微生物学顶级期刊Microbiome上发表研究论文，揭示马铃薯疮痂病与土壤微生物组的结构和功能之间的关系。高峥教授在读硕士生史文聪是该论文的第一作者。

马铃薯疮痂病是由生痂链霉菌（Streptomyces scabies, Streptomyces acidiscabies等）引起的世界范围内的严重经济病害。病原菌能够种传和土传，随着种植年限的增加，疮痂病的发病几率逐年增加，疮痂病危害日趋严重。近年来随着国家马铃薯主粮化战略，马铃薯疮痂病已受到国家层面重视。

大量研究报道，土壤微生物与植物健康状况密切相关。前人已发现一些微生物（Bacillus, Pseudomonas等）能够降低疮痂病的发病率和发病程度，但关于土壤微生物组与疮痂病的关系依然研究较少。

研究选取10株马铃薯植株，按照发病等级其中5株发病较重（H，1-5号），5株发病较轻（L，6-10号）。每株采集薯表土（紧附薯块表层，geocaulosphere soil，GS）、根际土（紧附根表层，rhizosphere soil，RS）、根区土（植株生长区域，root-zone soil，ZS）、垄沟土（非植株生长区域，furrow soil，FS）。

荧光定量PCR（qPCR）和扩增子高通量测序发现，薯块表层微环境与疮痂病发生紧密相关。与发病重的样品相比，发病轻的薯表土病原菌和细菌丰度较低、细菌多样性较高、菌群共存网络较复杂。相关性分析揭示，贪食菌（Variovorax）、寡养单胞菌（Stenotrophomonas）和农杆菌（Agrobacterium）等微生物与疮痂病显著正相关；地芽孢杆菌（Geobacillus）、短杆菌（Curtobacterium）和某类地嗜皮菌（unclassified Geodermatophilaceae）与疮痂病显著负相关。为进一步解析微生物群落功能与疮痂病发生的联系，研究进一步对薯表土进行了宏基因组测序。研究发现，参与ABC transporters、bacterial secretion system、quorum sensing、nitrogen metabolism和一些cytochrome P450相关代谢途径的基因显著富集在发病重薯表土中；而一些抗生素合成相关代谢途径显著富集在发病轻薯表土中。

研究首次系统研究了土壤微生物组成和功能与疮痂病的关系，从新的角度探索了疮痂病发生，对揭示疮痂病的发生机制和防治疮痂病具有重要意义。

主要结果

图1 荧光定量揭示薯表土GS疮痂病毒素合成基因txtAB基因拷贝数显著差异（A）。GS细菌16S拷贝数（B）和OTU数（C）在疮痂病轻重间存在差异。PCoA揭示GS细菌群落在疮痂病轻重间显著差异，而根际土RS、根区土ZS和垄沟土FS无显著差异（D-H）。

图2 薯表土GS发病轻重间微生物功能KO（A-B）和代谢途径（C）存在显著差异。图A红色圆点表示在发病重薯表土GSH富集的KO，绿色表示在发病轻薯表土GSL富集的KO，灰色表示不显著差异的KO。图2热图显示相对丰度>0.03%的KO及其所属的代谢途径。图C对显著富集在GSH或GSL的KO分别进行富集分析，显示显著富集的代谢途径。

原文链接：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-019-0629-2