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Jun 10, 2023

根粒形成数は、大豆の根の組み立てにおける確率過程の相対的な重要性を和らげる

ISME Communications volume 3、記事番号: 89 (2023) この記事を引用 2 Altmetric Metrics の詳細 根に関連する微生物群集を構造化する生態学的力を特定することは、

ISME Communications volume 3、記事番号: 89 (2023) この記事を引用

2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

根に関連する微生物群集を構成する生態学的力を特定することは、より持続可能な農業に向けた重要なステップです。 マメ科植物は、根粒菌と相利共生を確立する能力があるため、植物と微生物の相互作用における選択力とその機能を研究するためのモデル植物として広く利用されています。 根粒は、根粒の数を調節することによって、この相利関係における費用対効果のバランスを最適化する共生器官として機能します。 ただし、根粒の数が根関連の細菌群集の構造に関連しているかどうかは不明です。 ここでは、超または正常な根粒形成を有するダイズ品種を用いて自然の土壌で栽培されたダイズの根関連細菌群集を、4 つの発育段階にわたって調査しました。 群落間の生態学的プロセスを比較したところ、全体的な構造は正常な根粒形成ダイズの構造に似ているにもかかわらず、超根粒形成ダイズでは中立プロセスの相対的重要性が低下していることがわかりました。 我々は、根に関連するニッチ全体で共有され、発生段階を通じて存続する、各根に関連するコンパートメント内のジェネラリストコア細菌集団を特定しました。 コア細菌種内では、根圏マイクロバイオームにおける細菌種の相対的な存在量は宿主植物の機能的形質と関連付けられており、機械学習アルゴリズムを使用して微生物からこれらの形質を予測するために使用できます。 これらの発見は、根に関連するさまざまな区画における生態学的力と微生物叢の関連性の包括的な理解を広げ、有益な植物マイクロバイオームを農業生産に統合して植物のパフォーマンスを向上させるための新しい洞察を提供します。

植物マイクロバイオームは植物の「ホロビオント」に不可欠な部分であり、宿主と共進化し、植物の形質に大きな影響を与えています[1]。 それにもかかわらず、これらのコミュニティを構造化する生態学的力については基本的な理解が不足しており、マイクロバイオームを形成するパターンと原理を包括的に特定する必要があります。 一般に受け入れられているように、決定論的プロセスと確率論的プロセスの両方が微生物群集の構成を形成すると考えられています [2]。 植物関連マイクロバイオームは播種後すぐに形成され始め、生態的漂流、種分化/多様化、分散、選択という 4 つの生態進化プロセスを通じて植物の成長とともに発達します [3、4]。 種分化と分散は確率論的であることも決定論的であることもありますが、生態学的漂流と選択はそれぞれ明らかに確率論的で決定論的です。 確率論的プロセスと決定論的プロセスの相対的な寄与と、それらがコミュニティの確立を規制するためにどのように協力するかは、依然として重要な疑問です。

注目すべきことに、多くのマメ科植物では、根粒共生は、経細胞感染糸を介して根毛で根粒菌の定着が始まる特定の植物と微生物の相互作用を定義します[5、6]。 これにより、コミュニティの集合パターンが複雑になります [7,8,9,10]。 マメ科植物は、ほとんどの陸上植物とは異なり、パートナーである細菌の存在に対処するために根粒を発達させることができます。 これらの新たな側根器官の形成は、宿主細胞内に微小共生生物を収容し、微生物とマメ科植物との間の相互作用を制御する手段を提供する[11、12]。 [ 13、14、15]。 小結節の自動調節の障害により、異常な数の小結節が生じることがよくあります。 相利関係の混乱は宿主マメ科植物に限定されず、根に関連する細菌群集の既知の組成に影響を与え、その分布を促進する可能性があり、その影響はマメ科植物と間作または輪作される他の作物にも及ぶ可能性があります[7、8]。 この情報は、マメ科植物の共生進化を理解し、非マメ科植物における共生生物学的窒素固定 (BNF) を操作して、これらの特殊な二元相互作用を生態学的群集の文脈に組み込むために重要です。