11月21日，國(guó)際權(quán)威期刊《Nature Ecology & Evolution》在線(xiàn)發(fā)表南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院沈其榮院士團(tuán)隊(duì)LorMe實(shí)驗(yàn)室的研究成果《Substrate utilization and cross-feeding synergistically determine microbiome resistance to pathogen invasion》。該研究針對(duì)復(fù)雜根際環(huán)境下病原菌入侵難預(yù)測(cè)，有益菌群-病原菌營(yíng)養(yǎng)互作機(jī)制不清等科學(xué)難題，通過(guò)構(gòu)建基因組代謝模型，成功實(shí)現(xiàn)對(duì)有益菌群抵御病原菌入侵能力的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，并揭示外部營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)與內(nèi)部代謝互惠協(xié)同驅(qū)動(dòng)菌群抑病性的關(guān)鍵機(jī)制，為土壤生物障礙消減提供重要技術(shù)支撐與理論依據(jù)。

土傳植物病原菌肆虐全球，嚴(yán)重威脅糧食安全。植物根際富含大量碳源，是土壤微生物活動(dòng)的重要熱區(qū)，也是抵御土壤病原菌入侵的第一道防線(xiàn)。然而，根際微生物組多樣、營(yíng)養(yǎng)環(huán)境復(fù)雜，如何高效地預(yù)測(cè)菌群抑病能力仍存在重大挑戰(zhàn)。此外，已有大量研究表明高多樣性的菌群抑病能力更強(qiáng)，但菌群內(nèi)部及其與病原菌的營(yíng)養(yǎng)互作機(jī)制尚未清楚探明。闡明上述科學(xué)問(wèn)題對(duì)于理解土壤微生態(tài)健康、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)具有重要科學(xué)意義。

以往研究往往僅關(guān)注有益菌群與病原菌之間的外部營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)，或僅考慮菌群內(nèi)部的代謝互作。LorMe實(shí)驗(yàn)室選取前期從根際分離的5株與病原菌僅存在營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)的同屬菌株作為研究對(duì)象，基于全基因組和碳源利用譜構(gòu)建了菌群代謝模型。本研究首次將底物利用特征與代謝物交換特征相結(jié)合，系統(tǒng)解析了有益菌群抵御病原菌入侵的代謝機(jī)制。在前期揭示營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)是抑病關(guān)鍵機(jī)制的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)菌群內(nèi)部代謝互惠與外部營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)協(xié)同決定菌群抑病性的新機(jī)制，為靶向設(shè)計(jì)抑病型菌群與健康土壤培育提供了新思路。在方法上，本研究構(gòu)建的代謝模型可在不同碳源環(huán)境及菌群多樣性條件下高效預(yù)測(cè)病原菌入侵能力，準(zhǔn)確率高達(dá)93%。

本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和江蘇省青年科技人才托舉工程等項(xiàng)目的資助。資環(huán)院博士生楊欣潤(rùn)和楊天杰副教授為共同第一作者，韋中教授和楊天杰副教授為共同通訊作者，荷蘭瓦赫寧根大學(xué)Marnix H. Medema教授，本實(shí)驗(yàn)室博士生張子茹、張耀中，博士后汪寧?kù)?、高?yáng)和梅新蘭高級(jí)實(shí)驗(yàn)師共同參與了該研究。沈其榮院士、徐陽(yáng)春教授和Alexandre Jousset教授共同指導(dǎo)了該研究。

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