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長期乾旱改變水稻根系微生物組

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2021/07/23
加州大學戴維斯分校的研究團隊發現,乾旱會對生活在水稻根部及其周圍的微生物群落產生持久影響。與根相關的微生物幫助植物從土壤中吸收養分,微生物共生可以減輕作物的乾旱壓力,但利用這些有益的相互作用,需要深入了解根微生物組對乾旱週期的反應,因此這一發現可能有助於了解水稻如何應對乾旱,以及如何使其更能抵禦乾旱。
 
灌溉水稻植物的根系微生物組會隨著植物的生長而發生一系列變化,並在開花時趨於穩定。根系微生物組的變化順序對於特定的水稻品系和地理位置是一致的。先前的工作表明,當生長中的水稻植物缺水時,它會暫停根系微生物組的連續變化。

7 月 22 日發表在《自然植物》雜誌上的研究作者,加州大學戴維斯分校生物科學學院,植物生物學教授文卡泰桑·桑達里桑 (Venkatesan Sundaresan) 說,這種間歇性乾旱在雨養作物中比終末乾旱更常見。
 
桑達里桑團隊研究了當植物缺水 11、21 或 33 天時,水稻根部微生物隨時間的變化。透過對乾旱脅迫和恢復期間水稻根系相關微生物組的詳細時間表徵,研究團隊發現,內圈群落在重新澆水後在組成上仍然發生變化,長期乾旱導致恢復力下降。在乾旱期間和重新澆水後的數周內,幾種內層放線菌顯著富集。

值得注意的是,這一時期最豐富的內圈分類群是鏈黴菌,和相應的分離促進根生長。此外,乾旱脅迫擾亂了晚期定殖微生物的時間動態,永久性地改變了根系微生物群的正常演替趨勢。

 桑達里桑說:「水稻植物的根部微生物群中帶有乾旱事件的‘記憶’,因此可以僅根據微生物組來區分經歷過乾旱的植物。」
 
促進根系生長
該團隊能夠培養和定序這些持久性微生物中最豐富的。它是一種促進植物根系生長的鏈黴菌屬,這是對乾旱的典型反應。細菌的 DNA類似於植物生長素的遺傳密碼。
 
「微生物組變化的持續存在,意味著即使在乾旱結束後根系仍在繼續伸長。這使得根系能夠更好地準備汲取深水,」桑達里桑說。對於一些耐旱水稻品種,在乾旱事件發生後,根將繼續生長足夠長的時間以穿透硬土。
 
持續的變化也意味著下次乾旱來臨時微生物組的反應會更快,因為它與第一次乾旱相比發生了變化。
 
作者指出,隨著極端氣候事件變得越來越普遍,農作物可能會經歷更多的間歇性乾旱。而嚴重乾旱對水稻根系微生物群產生的持久影響,包括可能影響宿主恢復反應的分類群的富集,並對使用根系微生物群的乾旱保護策略產生影響。了解是什麼讓植物更能適應乾旱條件可能有助於減少作物損失。