一文读懂微生物研究思路
微生物在环境中无处不在，如生态环境的土壤、海水、湖泊。微生物多样性一直是研究的热点，如在植物生理研究中发现，植物通过根系分泌有机物满足微生物需求，微生物也生产各种物质回馈植物，微生物与植物的共生关系往往能够促进植物根系更好的吸收营养物质，提高免疫抵抗能力，对植物生长发育有着重要作用。
下面为大家分享三篇微生物文献并和研究思路解析。
文献解读一
NRT1.1B is associated with root microbiota composition and nitrogen use in field-grown rice
NRT1.1B与水稻根系微生物群组成和氮素利用有关
期刊：《Nature Biotechnology》
时间：2019年4月29日
IF: 31.864
背 景
许多植物性状的进化与土壤微生物环境的多样性有关。微生物参与了土壤养分的生物化学转化，包括氮磷循环，这对植物生产能力至关重要。植物根系选择性地从招募根微生物。然而，植物种群内根微生物群的变异和相关的植物遗传基础尚不清楚。水稻在世界范围内广泛种植，是一种重要的粮食作物。亚洲栽培水稻主要有籼稻和粳稻两种。籼稻和粳稻在基因组和表型水平上有显著的差异。籼稻品种在田间的氮利用率（nue）高于粳稻品种，其编码氮转运体和和受体基因NRT1.1B与氮利用效率差异有关。然而，至今没有水稻群体水平研究间微生物组差异的研究。目前水稻亚种资源丰富，可在群体层面开展水稻基因与微生物组的关联研究，挖掘水稻驯化过程中调控根系微生物组的关键基因。
研究材料
1. 68个籼稻品种和27个粳稻品种根系及对应土壤
2.野生型中花ZH11和3个NRT1.1B缺失突变样本根系土壤
测序策略
1.16s rDNA扩增子测序：Illumina HiSeq 2500 PE250 v5-v7区
2.宏基因组测序：BGISEQ-500 PE100，ZH11根系样本和3个NRT1.1B缺失突变样本
结 果
1. 籼粳稻根系微生物群存在差异，籼粳的多样性显著高于粳稻，籼稻的根系比粳稻招募了更多种类的微生物。
2. 使用机器学习的随机森林方法，建立预测模型对水稻品种进行测试，证明根系微生物组可以作为区分籼粳稻亚种的生物标记。
3. 大多数籼稻富集的OTUs与氮循环相关，尤其在硝酸盐氨化、硝酸盐反硝化、硝酸盐还原、硝化和亚硝酸盐氨化通路中显著富集，氮转化在籼稻的根系环境中比粳稻更活跃。
4. NRT1.1B与根系细菌的相对丰度有关，包括氨化途径的关键基因，NapA、NapB和NirD相对丰度在NRT1.1B突变体中下调了，根系微生物可能在根系环境催化反应合成氨。
5. 籼稻富集的细菌可能促进籼稻更高的氮利用效率，补充有机氮源时籼稻富集菌对水稻生长促进更加明显。
文献解读二
The occurrence of potato common scab correlates with the community composition and function of the geocaulosphere soil microbiome
马铃薯疮痂病的发生与群落组成有关
期刊：《Microbiome》
日期：2019年2月1日
IF：10.465
背 景
马铃薯疮痂病（CS）是一种世界范围内常见的由致病性链霉菌引起的难治性疾病，但对其与土壤微生物群的相互作用知之甚少。大量研究表明，土壤微生物可以调解植物病变的状况。许多研究都集中在通过生物防治剂治疗CS，一些微生物，如一些芽孢杆菌菌株和假单胞菌菌株和非致病性链霉菌菌株已被证明能够降低CS的发生率或严重程度。但是，对土壤微生物群的研究还缺乏系统和深入的研究，与土壤微生物的相互作用还不清楚。
研究材料
1.马铃薯品种Favorita15（易感CS），根据结痂的严重程度，共选择了10种植物。将1号至5号植株分为H组（结痂严重程度等级为每块茎4级），将6号至10号植株分为L组（结痂严重程度等级为每块茎1-2级）。
2.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）四个区域的土壤样本.
测序策略
1.16s rDNA扩增子测序：Illumina Miseq PE250 v3-v4高变区
2.宏基因组测序：Illumina Hiseq PE150
结 果
1.其中GS是H组和L组之间唯一表现出显著差异的分室，与H组相比，L组表现出较低的txtab基因拷贝数、较低的细菌16s拷贝数、较高的多样性、较高的共现网络复杂性和群体功能相似性。
2.宏基因组测序进一步揭示了GS样品的群落组成和功能。Variovorax, Stenotrophomonas, and Agrobacterium是最丰富的属，它们与疮痂病严重程度、致病链霉菌的绝对丰度（EAA）和txtab基因拷贝数显著正相关，与Geobacillus, Curtobacterium, and unclassified Geodermatophilaceae显著负相关。
3.与L组的功能特征相比，H组中参与“ABC转运体”、“细菌分泌系统”、“群体感应”（qs）、“氮代谢”和一些细胞色素P450代谢的基因丰富。相比之下，L组的一些抗生素生物合成途径更为丰富。
文献解读三
Rhizosphere microbiome structure alters to enable wilt resistance in tomato
根际微生物组结构改变使番茄抗青枯病
期刊：《Nature Biotechnology》
日期：2018年10月8日
IF: 31.864
背 景
植物具有遗传的先天免疫系统，对微生物/病原体相关分子模式和病原体作出反应。土壤被认为是一个高度复杂和动态的生态系统。已知植物相关微生物在植物健康和疾病中具有重要作用，一些研究报告了拟南芥、大麦、玉米、大米、大豆和小麦等的微生物群落，植物微生物群在病原体防御中的机制尚未确定。青枯病是一种土壤传播疾病，可感染数百种植物，包括茄科植物。R. solanacearum（青枯菌）通过伤口、根尖或裂缝，进入根部，定植皮层，侵入木质部。它系统性传播，阻碍水的运输，导致植物枯萎，最终死亡。在马铃薯作物中，这种病原体每年在全球造成10亿美元的损失。宿主抵抗仍然是最有效的控制细菌性枯萎病的策略。
研究材料
抗病番茄品种Hawaii 7996和易感品种Moneymaker根际和土壤样本
测序策略
1.16s rDNA扩增子测序：454 GS-FLX Titanium pyrosequencer v1-v3区
2.宏基因组测序：Illumina Hiseq 2000
技术路线
结 果
1.土壤中微生物的多样性高于植物根际，而成熟期的根际微生物组多样性高于开花期。
2.对两个番茄品种第一次收样时的微生物组在纲和科水平上进行比较后发现，Hawaii 7996特异性的富集了黄杆菌、鞘脂单胞菌、假单胞菌，而Moneymaker特异富集了一些α，β-变形菌。
3.宏基因组测序发现黄杆菌在Hawaii 7996中占优势，两种根际植物具有相似的遗传多样性。
4.组装出一个黄杆菌基因组，命名为TRG1。包含57个contig，大小为4.11 MB；与Saemankumensis Gaetbulibecter DSM 17032相似度最高，并将与TRG1相对应的菌株标记为一个新的黄杆菌分类。
5.TRG1基因组中包含了糖类利用、铁摄取、多种酶合成以及多种糖类物质转运的功能基因。
6.分离出的黄杆菌菌株TRM1-10对青枯菌无生长抑制作用。在约2×10^8 cfu/g的土壤中倒入TRM1-10，与未经处理的对照组相比，青枯病的发展受到显著抑制，且具有剂量性。
参考文献：
[1]Zhang Jingying,LiuYong-Xin,ZhangNa,et al. NRT1.1B is associated with root microbiota composition and nitrogen use in field-grown rice.[J]. Nature biotechnology,2019,37(6)：676-684
[2]Shi Wencong,Li Mingcong,Wei Guangshan,et al. The occurrence of potato common scab correlates with the community composition and function of the geocaulosphere soil microbiome.[J]. Microbiome,2019,7(1):14
[3] Kwak Min-Jung,Kong Hyun Gi,Choi Kihyuck,et al. Rhizosphere microbiome structure alters to enable wilt resistance in tomato.[J]. Nature biotechnology,2018.