细菌和真菌等微小生物有助于促进植物根部的健康和功能。通常认为这些微生物的组成取决于土壤的特性。然而，由波恩大学领导的一个国际研究小组在研究不同的当地玉米品种时发现，植物的基因组成也有助于影响根部周围聚集的微生物。研究结果现已发表在著名的《自然植物》杂志上，可能有助于培育未来更适合干旱和有限营养的玉米品种。

为了正常生长，植物通过根部吸收水分和养分。但它们得到了一些微小助手的帮助：一层只有几毫米厚的细菌和真菌直接位于根部周围。 “这些微生物对于植物的健康和适应性至关重要，”波恩大学作物科学与资源保护研究所 (INRES) 初级研究小组“根功能生物学”负责人彭宇博士说。这些微生物有助于吸收水和营养物质，并保护植物免受有害生物的侵害——类似于人类肠道中的“微生物组”如何帮助确定我们是否生病或保持健康。

传统观点认为，微生物组的组成(所有微生物的总体)主要由土壤的性质决定。这包括土壤类型以及土壤是酸性还是碱性等。然而，由波恩大学领导的一个国际研究小组现已在玉米植物中证明，宿主植物的基因组成对根部微生物的组成有重大影响。

“我们的研究还表明，根部周围的微生物群对玉米植株在面临营养缺乏或缺水等压力条件时的恢复能力有着至关重要的影响，”作物功能基因组学的 Frank Hochholdinger 教授说。波恩大学 INRES 系。鉴于全球气候变化和营养物质磷的供应有限，这些植物对干旱和营养缺乏的恢复能力在未来可能会发挥更大的作用。

使区域玉米品种适应环境条件

不同品种的玉米具有非常不同的遗传组成。区域品种根据是否种植而适应了非常不同的环境条件，例如，在南美洲较冷的高地或较温暖的低地地区。 “几个世纪以来，农民不断选择适合当地气候的玉米品种，这一事实导致了我们能够将其用于研究的非常不同的基因型，”艾美诺特奖的负责人 Yu 博士说。由德国研究基金会资助的初级研究小组，也是 PhenoRob 卓越集群和波恩大学跨学科研究领域“可持续未来”的成员。

研究人员与中国重庆西南大学的科学家合作，研究了总共 129 个不同的玉米品种。其中一些是在“正常”条件下种植的，而另一些则缺乏磷、氮或水。此外，研究小组还对 3168 个样本中的微生物 DNA 进行了测序，这些样本取自直接位于根部周围、厚度仅几毫米的层。

在那些在压力条件下生长的植物中，根部基因组成所发挥的作用变得显而易见。有趣的是，营养物质和水的缺乏对微生物的组成有重大影响。此外，研究小组还发现，在相同的压力条件下，不同品种的玉米之间的微生物组存在重要的特征差异。 “我们能够证明某些玉米基因能够与某些细菌相互作用，”于博士解释了最重要的结果。利用某种玉米原产地的生长条件及其遗传组成的数据，研究人员甚至能够预测在根部周围的微生物组中会发现哪些关键生物体。

Massilia细菌促进侧根生长

马西利亚属细菌的结果尤其引人注目：“非常明显的是，当氮供应充足时，发现的这种微生物的样本非常少，”植物营养生态生理学系的 Gabriel Schaaf 教授教授说。在 INRES 工作，并且是 PhenoRob 卓越集群的成员。然而，如果缺乏氮，就会发现大量马西利亚聚集在根部周围。研究小组随后将这种细菌接种到玉米根部。结果，植物长出了更多的侧根，因此能够显着提高对养分和水分的吸收。

但玉米植物如何利用微小的 Massilia 细菌进行这种类型的根部生长呢?经过进一步的研究，研究人员发现根部实际上利用黄酮吸引了马西利亚细菌。这种物质是植物中的许多次生代谢物之一，在细菌的帮助下刺激侧根的生长。 “然而，这取决于玉米植株是否具有微管结合基因，”彭宇博士说。如果这个基因缺失，植物就不会产生更多的侧根。

带有缺失基因的玉米品种来自一个巨大的玉米突变数据库，该数据库是由 INRES 的 Caroline Marcon 博士领导的研究人员建立的。该数据库帮助研究人员解释玉米基因的功能。

玉米品种更能适应干旱和营养缺乏

国际研究团队希望他们也能够预测中期产量。 “我们正在开展基础研究，”霍赫霍尔丁格说。 “然而，这些结果可以作为利用基因组和微生物组数据种植更适合干旱和缺磷的玉米品种的基础。”

参与机构及资助：

除了波恩大学作物科学与资源保护研究所(INRES)的各个部门外，以下机构也参与了这项研究：重庆西南大学(中国)、莱布尼茨植物遗传学和作物植物研究所、宾夕法尼亚州立大学(美国)、塞维利亚自然资源和农业生物学研究所(西班牙)、霍恩海姆大学、内布拉斯加大学林肯分校(美国)、根特大学不伦瑞克 Julius Kühn 研究所(比利时)、根特大学植物系统生物学中心阿姆斯特丹(荷兰)和波恩大学食品微生物学系。该研究由德国研究基金会 (DFG) 等机构资助，其中包括来自 PhenoRob Cluster of Excellence 的资金。