凝视一片叶子上的生命的复杂性

“你可曾想过生活在一片叶子呢?”

大湖(GLBRC)生物能源研究中心研究员阿什利帘问一个简单的问题,但这是一个值得调查。植物的地上部分微生物居住,或叶围,代表最大的环境表面积。大部分地区种植,种植农业,和理解之间的交互植物和微生物生活在他们的表面可以帮助我们开发农业管理实践,可以提高作物生产力和弹性。在新出版的研究中,合作者在GLBRC能源部生物能源研究中心和先进的生物能源和Bioproducts创新中心(CABBI)窥视生活在一片叶子的复杂性。

多年生植物如柳枝稷和芒草是一个至关重要的生物燃料的可持续发展的目标。除了产生大量的生物质可转化为生物燃料和bioproducts,多年生作物提供范围广泛的生态系统服务,支持缓解气候变化的努力,如隔离温室气体和驾驶土壤养分循环。

像所有的植物,多年生植物有各种各样的微生物,和这些微生物宿主中获益。例如,一些相伴的植物微生物可以提高植物的生产力和提供一些保护环境的压力像炎热和干旱。因此,植物微生物的管理是一个工具提出促进作物生长和弹性,这是特别重要的在面对全球气候变化。选择育种和data-informed实践领域,微生物管理将有助于可持续生物燃料原料的生产。

植物的不同部分有不同的微生物。近年来,许多研究人员研究了plant-microbe交互发生在根际——地下的根周围地区——扮演着一个关键角色,植物吸收水分和养分的能力。然而,地上叶围,包括表面的叶子,也是一些非常重要的微生物。众所周知,即叶围微生物碳循环中扮演的角色和保护植物免受有害的病原体。因为常年生物燃料原料芒草和柳枝稷往往选择叶面积最大化,理解叶围微生物和plant-microbe交互发生在预计将发挥非常重要的作用在我们的能力提高原料生产。

在新发布的研究中,“季节性多年生作物的叶围微生物的活动,”研究人员使用先进的基因测序和生物信息学工具来识别微生物生存和生长在生物能源作物的叶子,和这些微生物如何应对植物整个生长季节。

这项研究发表在《自然通讯,由CABBI可持续发展主题研究员艾迪娜豪,一个爱荷华州立大学的副教授农业和生物系统工程;GLBRC阴影,密歇根州立大学副教授的植物,土壤,微生物科学。

“芒草和柳枝稷是共同叶围微生物,”豪说。“在这项研究中,我们将展示当他们积极增长和识别他们在做什么。生活在叶,这些微生物可以biosynthesize应对植物天然产物可能是重要的压力。”

研究叶整个生长季节微生物及其动力学,研究人员收集了柳枝稷、芒草叶微生物每月从5月到11月。

从这些样本,研究小组的微生物基因组测序和metatranscriptomes。metagenome是一个集合的所有基因,可以找到一组(即个体。池,可能表达的基因),而metatranscriptome专门指的是基因表达的积极个人在一组。使用生物信息学工具,微生物的基因组和metatranscriptomes分析,揭示存在于叶围微生物的类型及其基因表达在整个生长季节。

这项研究表明,叶微生物正在积极发展和表达基因,产生各种代谢物。例如,经常与萜烯生产相关的基因表达在叶围。萜烯是有趣的,因为它们是作为信号分子在植物和细菌和可以帮助保护植物不受压力。萜烯也参与调节一氧化氮和甲烷的生产,这是强大的温室气体。这项研究还发现,不同群体的多样丰富的微生物在生长季节和代谢功能,这表明他们可能对不同植物的线索。

总的来说,这项研究指出,特定的微生物功能,可以针对未来plant-microbe管理,可用于促进作物生长和弹性。

虽然小,但生活在一片叶子可能是一个更可持续的未来的关键之一。

参考:豪,Stopnisek N, Dooley SK,杨F, Grady KL,阴影A .季节性多年生作物的叶围微生物活动。Nat Commun。2023;14 (1):1039。doi:10.1038 / s41467 - 023 - 36515 - y

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