小米和谷子最大的區别，可能在于搜索資料時如果不把“谷子”帶上，網頁顯示的結果都是數碼産品。谷子，也就是粟米、小米。除了大家熟知的營養價值高、深受北方人喜愛外，谷子也是起源于我國的最古老的作物之一，被譽為中華民族的哺育作物。

而在科學家眼裡，谷子的性狀複雜，決定其産量的關鍵性基因位點至今尚未被找到。因此，深入理解影響谷子的遺傳和環境因素，對提升其品質和産量而言尤為重要。

10月7日，由華大主導，聯合中科院植物分子科學卓越創新中心在國際學術期刊《自然·通訊》（Nature Communications）發表研究論文，該研究通過關聯分析，揭示了谷子基因型、根系微生物組與農藝性狀之間的互作網絡，首次提出基因型依賴的微生物效應。研究結果有助于定向改善植物對環境的适應性及其生産力，為生物育種及增産提供新途徑。

Nature Communications官網截圖

植物與微生物之間的關系，有點類似于人與腸道微生物的關系。正如每個人體内的微生物是不一樣的，不同品種、同一品種不同品系的植物，其根系的微生物類群也是不一樣的。其中，對植物有益的微生物，能夠幫助抵禦幹旱、病害等環境脅迫，促進植物健康生長。

既然目前尚未找到決定谷子産量的基因位點，那麼，對于産量問題我們能否從其它因素入手解決？譬如，确定不同谷子的基因型對産量能起到多大的作用？能夠影響谷子産量的微生物是哪些？兩者是分别作用，還是互相影響谷子産量？

為探究谷子與微生物組之間的互作機理，本次研究團隊選取827種不同品種的谷子，基于每種谷子的基因型數據、根表微生物數據、12種生長和産量表型數據，整合全基因組關聯分析、宏基因組關聯分析和微生物組全基因組關聯分析方法進行系列研究。

本次研究團隊在同一環境中種植了827種谷子，分别研究谷子基因型對谷子生長和産量的影響、微生物對谷子生長和産量的影響，以及兩者共同對谷子生長和産量的影響。

通過構建數學模型，研究團隊量化了谷子基因型與根表微生物組成對谷子生長和産量變化的影響。例如，谷子基因型可以解釋産量性狀（如單株粒重）34.10%的變化，微生物可以解釋43.31%的變化，基因型和微生物一起平均可以解釋55.87%的變化。

研究發現，基因型與根表微生物的組合能夠更好地解釋谷子農藝表型的變化，揭示了谷子基因型與微生物組共同影響谷子的生長和産量性狀。

明确了基因型和微生物能夠影響谷子的生長和産量之後，研究團隊鑒定出200多種微生物，這些微生物與谷子的關鍵農藝性狀顯著相關，有的對谷子生長起顯著促進作用，有的則起抑制作用。

為驗證每種微生物的具體功能，研究團隊通過田間分離微生物菌株，證實了微生物标志物介導的促生和抑制生長的效應，且不同微生物标志物促生長的機理具有菌株特異性，也就是說，在促生長的微生物中，有的負責促進谷子的株高，有的負責促進根的生長，有的是通過促進植物的光合作用，有的則是促進植物的營養吸收，還有的則是促進植物的免疫能力，每一種促進生長的微生物，其調控機理是不同的。

正相關的标記微生物可顯著促進谷子的根長和株高

既然揭曉了關鍵微生物和它們的作用，研究團隊結合谷子基因型數據進行分析，找到了調控谷子根系微生物類群的一些候選基因，發現根表微生物組成的變化主要由植物免疫、代謝産物合成、激素信号傳導以及養分吸收相關的基因來驅動。

正如每個人的飲食偏好不盡相同，每種谷子對于微生物的選擇也各有喜愛。研究揭示，盡管谷子有兩個基因（宿主免疫相關的基因FLS2和轉錄因子bHLH35）可能參與了大部分微生物的調控，但不同基因型的谷子依然會選擇特定的微生物類群進行互作。

植物相關微生物群落的構建并不是随機的，而是受到植物基因型的影響，但其潛在的互作機制我們仍不清楚。谷子是否通過基因型調控微生物，但又被微生物影響了生長呢？

本研究建立了“谷子基因型－标記微生物群－谷子農藝表型”的互作網絡，證實了微生物介導的促生和抑制生長的效應受到宿主基因型的影響，即相同促生菌株，接種到不同基因型的谷子，其促進生長的效果有着明顯的差異，表明谷子基因型決定了微生物對作物表型的影響。

谷子基因型-标記微生物-谷子農藝性狀之間的互作網絡

探究植物與微生物組之間的互作機理，有助于深入理解根系微生物群落構建的生态過程，通過調節與植物基因型相關的微生物組成，可定向改善植物對環境的适應性和生産力。在未來的農業系統中，可通過精準的微生物組管理設計高産的栽培品種，向着改善植物－根系微生态互作的方向育種，将更加高效地促進農作物産量的提升。

華大的小米情結由來已久，從《老汪的小米餐桌》一書可以窺見一斑，而将其作為模式植物進行研究，則是從2009年開始的。通過大規模的谷子基因資源挖掘，華大已陸續完成谷子基因組測序、分子标記開發、遺傳圖譜構建以及重要農藝性狀的定位。此外，基于全基因組育種技術，已育成多個抗除草劑品種和不育系。

本次研究項目的主要負責人王亞玉表示：“接下來，我們将進一步孵化完善精準種植模式，把DNA層面的精準育種和微生物生态肥料、水肥一體化、全程田間管理、精準播種等現代種植技術相結合，建設标準化種植的示範區，促使作物生産最大化。”

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