•  期刊：Cell

•  时间：2023年8月 

植物微生物群是指植物表面、细胞间隙、器官内寄生的细菌、真菌、病毒、古菌群落。植物与微生物群的互作在植物生理、生态和进化过程中扮演重要角色。有益微生物定殖植物，可以持续对植物生产力产生表型效应，体现了微生物的“疗效”。人们将其应用于农业，然而，绝大多数在实验室中表现出植物生产力特征的微生物在田间都失败了。近日，Cell发表最新综述，讨论了将有益微生物从实验室转化到田间地头的最新突破、挑战和机遇。

图1 植物微生物组研究成果转化率低

植物微生物组研究所遇到的问题

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1、如何在改善入侵和定殖的同时，最大限度地减少对常驻微生物群的有害影响？

2、能否针对特定土壤或环境条件进行个性化处理？

3、如何才能设计微生物群落来增强植物对病原体的免疫力，同时又不损害植物的生产力？

4、鉴于气候变化的速度正迅速超过植物进化的速度，能否利用微生物设计出适应非生物胁迫所需的合成菌群？

植物微生物组研究成果转化率低的原因

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1、田间条件下对植物微生物组的相互作用进行大规模评估很困难；

2、单个菌株在实验室条件下表现出的有益性状很少在植物体内的微生物群落中显现出来；

3、微生物群多样性、组成和丰度因植物栖息地和环境条件而异。

图2  环境、植物和微生物群共同作用，形成微生物群的功能

改善植物微生物组治疗的新方向

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 1、开发多菌株联合体

多个菌株组成的联合体可能具有优势（图2）。联合体可以增加入侵和持久性的可能性。由于入侵和持久性是主要障碍，联合体也可能由促进植物生长的重点菌株和辅助菌株组成，辅助菌株可为其定殖提供理想条件。联合体成员的预期功能可能是相加或协同的，也可能是互补的。

图3 开发多菌株联合体

 2、建性状传递菌株

第二种方法就是组合性状而不是组合菌株（图3）。将来自不同菌株的基因簇收集到一个驯化的"性状传递菌株"中，也可实现所有理想功能进而产生全新的性状。

图4 构建性状传递菌株

讨论

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过去十年的研究，让人们对植物、微生物组和环境之间的相互作用以及由此产生的植物微生物组的功能有了显着的了解，但在实现植物微生物组的设计及实地应用方面仍需努力。现有的科学问题包括：还有哪些额外的促进植物性能的性状有待发现？如何才能改善入侵和定居，同时最大限度地减少对常驻微生物群的有害影响？是否可以针对特定的土壤或环境条件进行处理？怎样才能在不损害植物生产力的情况下，设计微生物群落来增强植物对病原体的免疫力？鉴于气候变化的速度正在迅速超过植物进化的速度，我们能否利用微生物来设计所需的对非生物胁迫的适应？治疗微生物如何与植物免疫系统达到缓和，形成不稳定的动态平衡？

参考文献

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Deep discovery informs difficult deployment in plant microbiome science. Cell, 2023.

原文链接

Doi.org/10.1016/j.cell.2023.08.035