微生物所蔡磊团队在抗玉米茎基腐病微生物资源挖掘领域取得进展

近日，中国科学院微生物研究所蔡磊团队在The ISME Journal上发表了题为“Network-guided synthesis of antagonistic microbiota for suppressing maize stalk rot disease”的研究论文。团队通过全国尺度的玉米微生物群落多样性调查和菌株分离培养，运用网络生态过滤策略去除环境、地理因素带来的虚假关联，揭示“更真实”的微生物与病原互作关系，筛选得到合成菌群，在非灭菌土壤条件下显著抑制由轮枝镰孢菌和禾谷镰孢菌诱发的玉米茎基腐病，并从代谢物分泌与激活宿主免疫两条途径揭示抗病机制。

团队在我国23个省33个玉米种植点开展调查，共采集健康和发病玉米相关的非根际土壤、根际土壤、根、茎和种子等1410份样品。基于高通量测序数据构建了玉米相关微生物共现网络，并结合环境因子和地理因素，区分影响微生物共现关系的不同生态过程，发现普通共现分析中超过一半的微生物关联主要由环境选择、扩散限制等生态过程解释。在剔除这些生态过程所解释的关联后构建了“更真实”的微生物互作网络，使得从大尺度微生物组数据中挖掘潜在功能微生物的针对性获得显著提升。

优化后的网络分析显示，镰孢菌侵染后玉米根际中与镰孢菌呈潜在负互作关系的微生物类群数量明显增加，这些负相关类群对镰孢菌丰度变化具有更强的解释能力。为实现从网络预测到功能验证和机理解析的闭环，团队通过筛选实体分离株获得6株与目标类群高度匹配的代表菌株并构建合成菌群。在非灭菌土壤条件下，该合成菌群显著降低了由轮枝镰孢菌和禾谷镰孢菌引起的玉米茎基腐病病情指数，其抗病效果优于随机构建的菌群以及基于未经优化的网络筛选构建的菌群。研究同时揭示了该合成菌群的双重抗病机制，一是产生壬二酸等多种抑菌化合物直接抑菌，二是通过激活玉米根部水杨酸介导的免疫反应，二者协同实现病害防控。

该研究优化了从微生物生态网络解析到功能菌群实验验证的研究路径，为从复杂植物微生物组中精准挖掘抗病微生物资源，构建功能型合成菌群提供了新的研究思路。

中国科学院微生物研究所特别研究助理李达为论文第一作者，蔡磊研究员和周欣副研究员为论文共同通讯作者。本研究得到中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金等项目的支持。

基于网络生态过滤策略挖掘抗玉米茎基腐病微生物资源 

原文链接：https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag243