生物学院研究团队在植物-微生组互作领域发表高水平文章

近日，Nature出版集团旗下的知名刊物《npj Biofilms and Microbiomes》（影响因子：7.29，二区）发表我校生物学院计算生物学团队撰写的论文，题为“Network mapping of root-microbe interactions in Arabidopsis thaliana”。 因构思与设计这一独特而巧妙的原创性工作，论文作者被Nature Portfolio Microbiology Community主编邀请发表“论文背后的故事”（Behind the paper），用以激发与启迪其他研究者的灵感。

与人类肠道中的微生物组类似，植物微生物组对植物的生长和健康发挥重要作用，被看作是植物的第二基因组或延伸基因组。这些微生物编码了比宿主植物更多的基因，通过协作和竞争等形成稳定的群落结构, 在促进植物养分吸收、调控生长发育和适应环境胁迫等的过程中具有重要功能。植物与微生物组的互作及其机制，是生命科学研究关注的前沿和热点，也是微生物高效利用的关键问题。近年来，植物微生物组研究取得了巨大进展，但植物-微生物组互作的遗传机制及其在植物优良性状形成中的作用还未阐明。

本研究团队整合行为生态学与基因作图理论，利用数学模型将微生物的竞争与合作系统分解为共生、拮抗、攻击和利他网络，将网络嵌入到基因定位的框架，构建了网络作图模型 (network mapping)。并利用network mapping挖掘了植物影响微生物组网络结构的关键基因，探究了植物-微生物组互作在植物优良性状形成中的潜在机制，为阐明微生物-植物互作遗传机制奠定了理论基础，并为植物-微生物组互作促进植物优良性状形成的生物学基础研究提供了新的思路，从而为人工设计或合成“理想微生物组”提供科学依据。

微生物组是一个异常庞大的生物系统（ecosystem），其组成复杂多变，形成了一个结构上错综复杂但组织上严密有序的生物互联网（biointernet）。构建如此庞大的生物互联网，即使在高度发达的人工智能领域也没有成功的案例。我校研究人员借鉴多学科的知识，大胆地加以融合，形成了一套新理论、新方法，终于突破高维互作生物互联网构建的技术难关，在国际上首次提出解析微生物组的网络作图概念，并成功发现拟南芥与其微生物组对话的关键路线图，为植物生长、发育提供了一条崭新的研究方法与思路。

生物学院教师何晓青为论文的第一作者，研究生张琦、李贝贝以及生物学院教师金一、姜立波共同参与了这项研究，邬荣领教授是论文的通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41522-021-00241-4 

“论文背后的故事” 链接：https://naturemicrobiologycommunity.nature.com/posts/a-rule-of-thumb-for-disentangling-root-microbiome-interactions