植物微生物通常被稱為植物的第二套基因組轿钠，利用微生物來輔助育種也越來越常見剪芍。盡管鑒定了很多植物有益微生物，但是宿主基因型對于微生物的組裝還很有限剪菱。近年來，也越來越多的作物開始探索基因型對于微生物的影響拴签。今天我們分享一篇關(guān)于茶樹的文章琅豆，發(fā)表在PBJ上。
======摘要=======
在植物相關(guān)的外界環(huán)境中篓吁，不同的宿主因子導(dǎo)致了微生物的差異茫因，但是基因型背后的機(jī)制還大多數(shù)是未知的。為了探索這個(gè)問題杖剪，作者結(jié)合了植物遺傳學(xué)和微生物的相關(guān)分析冻押。基于100個(gè)茶樹品種盛嘿，根際洛巢、根內(nèi)和葉際的微生物組表現(xiàn)出明顯的生態(tài)位差異；群體差異對于每個(gè)生態(tài)位的影響較小次兆。通過微生物全基因組關(guān)聯(lián)分析稿茉，作者探索了遺傳變異和微生物之間的相互作用。值得注意的是芥炭，一些與細(xì)胞壁和碳降解相關(guān)的基因和根內(nèi)生物微生物顯著相關(guān)漓库。而一些與金屬離子和小分子代謝相關(guān)的基因則和根際微生物密切相關(guān)。此外园蝠，一些遺傳變異渺蒿，包括formin蛋白，和葉際微生物的β-多樣性密切相關(guān)彪薛，意味著他們與微生物群落的整體結(jié)構(gòu)存在相互作用茂装。研究結(jié)果構(gòu)建了一個(gè)茶樹遺傳因子和微生物相互作用的數(shù)據(jù)集，揭示了宿主基因型驅(qū)動的生態(tài)位微生物組特異組裝善延。
======結(jié)果=======
結(jié)果一：植物相關(guān)環(huán)境中生態(tài)位特異的微生物組裝
收集了1000個(gè)茶樹的周圍土少态、根際土、根內(nèi)生和葉際樣品進(jìn)行16S測序易遣。從主成分分析結(jié)果來看彼妻，四個(gè)生態(tài)位能明顯區(qū)分開來（圖1a）。葉際微生物的β-多樣性與其它三個(gè)生態(tài)位明顯不同（圖1b）训挡。微生物的α多樣性（Shannon指數(shù)）從周圍土澳骤、根際土、根內(nèi)生和葉際逐漸降低（圖1c）澜薄。
門水平的微生物組成在不同的生態(tài)位之間也存在顯著的差異（圖1d-1g）为肮。與其它生態(tài)位相比，葉際的擬桿菌門相對豐度最高肤京，酸桿菌和放線菌水平最低颊艳。變形菌屬和放線菌屬在根內(nèi)生中占主導(dǎo)地位，占相對豐度的93.6%（圖?1e）忘分。根際微生物中厚壁菌門的豐度顯著高于其他生態(tài)位棋枕。周圍土微生物群落中酸桿菌豐度最高（15.3%）。
結(jié)果二：植物相關(guān)環(huán)境中微生物屬的富集
為了進(jìn)一步揭示不同生態(tài)位微生物群落的組成妒峦，作者比較了不同生態(tài)位屬水平微生物群落的富集情況重斑。與根內(nèi)生和根際微生物相比，屬于擬桿菌門的17個(gè)屬的葉圈微生物組富集（圖?2a）肯骇，其中Capnocytophaga（相對豐度?=?4.32%）和Chrysobacterium（6.94%）是最豐富的（圖?2b）窥浪。此外，變形菌門的鞘氨醇單胞菌（22.56%）是最豐富的葉層富集類群（圖?2b）笛丙。根內(nèi)生微生物大多數(shù)屬屬于放線菌門和變形菌門（圖?2a）漾脂，其中變形菌門的假單胞菌屬（15.02%）表現(xiàn)出最大的相對豐度（圖?2b、c）胚鸯。此外骨稿，與其它生態(tài)位相比，根際微生物群富集了厚壁菌門的最多屬（圖?2a）姜钳，其中以芽孢桿菌屬（圖?2b坦冠、c最多）。
結(jié)果三：茶樹亞群體分化對微生物組的小效應(yīng)
作者接下來探索茶樹的遺傳變異是否會對于不同的生態(tài)位產(chǎn)生影響哥桥。通過對100個(gè)茶樹品種的重測序獲得了13M高質(zhì)量的SNP蓝牲。根據(jù)分析，可以分成3個(gè)亞群（圖3a）泰讽。PCA結(jié)果也可以顯著分開3個(gè)亞群（圖3b）例衍。48個(gè)POP1（n?=?61）起源于中國浙江省和福建省（表?S1）已卸，表明地理起源有助于它們的基因相似性佛玄。相比之下，POP2（n?=?28）起源于不同的地區(qū)累澡，包括中國的江西梦抢、湖南和四川省（表?S1）愧哟。有趣的是奥吩，POP3（n?=?11） 多數(shù)是以“福鼎大白茶”和從“福鼎大白茶”與“云南大葉茶”雜交而來的品種哼蛆，表明它們在茶葉育種過程中的遺傳相關(guān)性（表?S1）。3個(gè)亞群比較可以看出霞赫，在葉際腮介、根內(nèi)生、根際微生物β多樣性沒有顯著差異（圖?3c）端衰，表明茶亞群分化對微生物組的影響很小叠洗。
結(jié)果四：微生物組成的全基因組關(guān)聯(lián)分析
接下來，作者通過mWGAS研究了遺傳變異對于微生物豐度的影響旅东。去掉一些低豐度的OTU后灭抑，獲得了954個(gè)根際OTU、596個(gè)根內(nèi)生OTU和403個(gè)葉際OTU抵代。結(jié)果腾节，作者鑒定到了39個(gè)OTU與41個(gè)基因中的44個(gè)非同義外顯子SNP相關(guān)。這些基因的GO注釋結(jié)果顯示荤牍，主要富集為“膜的固有成分”禀倔、“膜的整體成分”等。CSS00044082基因（β-胡蘿卜素羥化酶2基因）與根內(nèi)生微生物OTU956相關(guān)（圖4a）参淫。CSS00040599基因（P450）中的SNP 與根際微生物OTU4877相關(guān)（圖4b）救湖。CSS0043600基因（C2H2）中的SNP Chr4_146209412與葉際微生物OTU2029相關(guān)（圖4c）。相關(guān)SNPs的基因型對根內(nèi)生Otu956和根際Otu4877的相對豐度沒有影響（圖?4d涎才、e）鞋既。相反，具有SNP Chr4_146209412雜合子的茶品種（100個(gè)品種中的29個(gè)）和其他品種相比耍铜，葉際Otu2029的相對豐度更高（圖?4f）邑闺。此外，Otu956和Otu4877僅存在于與根內(nèi)生和根際相關(guān)的環(huán)境中（圖?4g棕兼、h）陡舅。相比之下，Otu2029僅存在于葉際微生物中（圖?4i）伴挚。
結(jié)果五：由植物遺傳學(xué)驅(qū)動的不同生態(tài)位特異性微生物組組裝
接下來靶衍，作者探索了微生物組成和遺傳變異之間的關(guān)聯(lián)。除了exon的SNP茎芋，作者還包含了基因間區(qū)（>21.1kb）和內(nèi)含子SNP颅眶。微生物分類和候選基因的GO如圖5a所示。根內(nèi)生和根際微生物OTU相關(guān)聯(lián)的GO有很大的重疊田弥。這三個(gè)區(qū)室共有25個(gè)GO涛酗，包括細(xì)胞囊泡運(yùn)輸、植物對非生物/生物脅迫的反應(yīng)和信號機(jī)制等（圖?5a）。
不同的生態(tài)位展現(xiàn)出了不一樣的富集結(jié)果商叹。和根內(nèi)生OTU相關(guān)的GO中燕刻，細(xì)胞壁代謝（果膠和半乳糖醛酸）和碳分解代謝（多糖、羧酸和有機(jī)酸）是最富集的（圖?5b）剖笙。與根際微生物OTU相關(guān)的GO中卵洗，與金屬離子代謝（轉(zhuǎn)運(yùn)和穩(wěn)態(tài)）和小有機(jī)分子（低聚糖、二糖和一元羧酸）顯著富集（圖?5c）枯途。相比之下忌怎，只有一個(gè)“對刺激的反應(yīng)”的GO與葉層微生物OTU顯著相關(guān)籍滴。
結(jié)果六：微生物β多樣性的全基因組關(guān)聯(lián)分析
在前面作者發(fā)現(xiàn)多個(gè)微生物OTU都和遺傳變異顯著相關(guān)酪夷，因此作者嘗試探索茶樹遺傳變異對于微生物整體結(jié)構(gòu)的影響。因此孽惰，對根內(nèi)生晚岭、根際和葉際微生物組的前五個(gè)主成分（PCOs）進(jìn)行了mGWAS分析，它們分別占微生物變異的83.9%勋功、50.5%和47.3%（圖?S5）坦报。葉際微生物中，73個(gè)SNPs通過了參數(shù)P?<?3.81?×?10?9狂鞋，由1個(gè)非同義外顯子片择、2個(gè)同義外顯基因、2個(gè)下游骚揍、1個(gè)上游字管、59個(gè)基因間和8個(gè)內(nèi)含子SNP組成（圖?S6）。這些SNPs的遺傳差異與葉際微生物差異顯著相關(guān)（圖?6a）信不。相反嘲叔，根際微生物β-多樣性沒有受到顯著影響，只有一個(gè)非編碼的Chr12_18479397基因間變體與根際微生物PCO2有顯著相關(guān)性（圖?S6）抽活。除了一個(gè)與PCO2相關(guān)的變異外硫戈，葉際微生物PCO1與茶遺傳變異的關(guān)聯(lián)最為顯著（圖?6b）。變異SNP中唯一的非同義外顯子變異株Chr4_28730171（P?=?2.55?×?10?9）位于4號染色體上的CSS0046992基因內(nèi)（圖?6b）下硕，其被注釋為formin同源相互作用蛋白1（FIP1）丁逝。值得注意的是，Chr4_28730171的基因型在葉際微生物群落的差異顯著（ 圖?6c）梭姓。
作者研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了植物遺傳學(xué)與微生物組的相互作用是一個(gè)復(fù)雜的全基因組網(wǎng)絡(luò)果港。研究中發(fā)現(xiàn)的相互作用需要進(jìn)一步探討，將來為微生物在茶樹中的育種服務(wù)糊昙。
