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新春伊始，我公司合作团队成功揭示马铃薯疮痂病与土壤微生物组的关系，在马铃薯疮痂病领域实现里程碑式突破，再上一层楼。
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。
近日，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 Microbiome 杂志上发表了题为 The occurrence of potato common scab correlates with the community composition and function of the geocaulosphere soil microbiome 的研究论文，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；高峥教授和周波教授为通讯作者。
前人的研究已发现一些微生物（如 Bacillus, Pseudomonas 等）能够抑制病原菌生长和/或降低病原菌毒性。但以往研究多关注生痂链霉菌或单一生防菌株对疮痂病发生或防治的效果，对于土壤微生物组与疮痂病关系依然关注不足。研究者发现单接在实验室效果明显的病原菌或生防菌株在室外栽培实验中常出现效果不理想的现象，由此研究者设想是否土壤微生物组在疮痂病的发生中发挥重要作用？
研究按照发病等级，选取发病较重和发病较轻的马铃薯植株，每株采集薯表土、根际土、根区土、垄沟土。使用 16S 扩增子和 shot-gun 宏基因组测序技术，通过组学的方法对发病重和发病轻的四类土壤分别进行了检测，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、寡养单胞菌和农杆菌等微生物与疮痂病显著正相关；地芽孢杆菌、短杆菌和某类地嗜皮菌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关系，利用宏基因组对薯表土微生物功能进行分析，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，这些功能多数与植物病害发生以及疮痂病毒素合成相关；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。最后研究者提出了土壤微生物组与疮痂病发生的潜在理论模型，用以解释土壤微生物组成、功能与病害发生的关系。
图1 薯表土微生物（属）与疮痂病发病程度、病原菌丰度和毒素基因拷贝数的共存关系。红色连线表示显著正相关（Spearman, P<0.05)），蓝色连线表示显著负相关；粗线表示相关系数|ρ|>0.8，细线|ρ|>0.6；圆圈大小对应微生物的丰度，颜色对应组间差异（发病重薯表土：发病轻薯表土）。
该研究从微生物组的角度系统揭示了土壤微生物组成和功能与疮痂病的关系，揭示了除病原菌外，土壤微生物的其他类群在疮痂病的发生中同样具有不可忽视的作用，丰富了疮痂病发生机理；本研究揭示的菌群与疮痂病的相互关系以及菌群之间的共存关系也为疮痂病生防资源的开发和应用提供了理论指导。
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。
通讯作者：
高峥（gaozheng@sdau.edu.cn）
周波（zhoubo2798@163.com）
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
论文原文链接：
https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-019-0629-2
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