那两个被正名的水稻，你们的菌群不一样 - 宏基因组生信宝典博主刘永鑫NBT文章揭示

https://doi.org/10.1038/s41587-019-0104-4

中科院遗传发育所揭示籼粳稻根系微生物组与氮肥利用效率关系

在土壤中，植物根系为微生物提供大量聚集栖息和繁衍的场所。这些微生物及其相互关系统称为根系微生物组。这些根系微生物伴随着植物的整个生长周期，帮助植物吸收营养、抵抗病害和适应胁迫环境。亚洲栽培稻 (Oryza sativa L.)主要分为籼稻和粳稻两个亚种。相比粳稻，籼稻通常表现出更高的氮肥利用效率。已有研究表明，籼稻中的一些基因如NRT1.1B的自然变异在提高籼稻氮肥利用效率中起着非常重要的作用。然而，水稻籼粳亚种间根系微生物组成是否影响其氮肥利用效率仍不清楚。

中国科学院遗传与发育生物学研究所白洋课题组与储成才课题组合作，通过比较田间生长的68个籼稻和27个粳稻品种，发现籼稻和粳稻形成了截然不同的根系微生物组。籼稻根系微生物组的多样性明显高于粳稻，根系微生物组的特征可以作为区分籼粳稻的生物标志。有意思的是，籼稻根系比粳稻富集更多与氮循环相关的微生物种类，从而具有更加活跃的氮转化环境，这可能是导致籼稻氮肥利用效率高于粳稻的重要原因之一。

通过遗传学实验，发现NRT1.1B的缺失和自然变异显著影响水稻根系微生物组，而这些微生物大部分具有与氮循环相关的功能。因此，水稻通过NRT1.1B调控根系具有氮转化能力的微生物，从而改变根际微环境，影响籼梗稻田间氮肥利用效率。

研究者通过改进后的高通量微生物分离培养和鉴定体系，成功分离培养了水稻根系70%的细菌种类，建立了首个系统的水稻根系细菌资源库。利用水稻根系细菌资源库人工重组了籼稻和粳稻特异富集菌群，发现籼稻富集菌群比粳稻富集菌群能够更好地促进水稻在有机氮条件下的生长，进一步证实了籼稻与粳稻氮肥利用效率的差异与根系微生物组有关。

该项研究不仅揭示了水稻亚种间根系微生物组与其氮肥利用效率的关系，证明了NRT1.1B在调控水稻根系微生物组的关键作用；更为重要的是，建立了第一个水稻根系可培养的细菌资源库，为研究根系微生物组与水稻互作及功能奠定了重要基础，同时也为应用有益微生物、减少氮肥的施用奠定了基础。

此项成果于2019年4月29日在线发表于Nature Biotechnology杂志(doi: 10.1038/s41587-019-0104-4)。白洋组博士后张婧赢、工程师刘永鑫、博士生张娜、储成才组副研究员胡斌和华大基因的金桃为共同第一作者，中国科学院遗传与发育生物学研究所的储成才研究员和白洋研究员为共同通讯作者。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、前沿科学重点研究项目、国家自然科学基金面上项目和中国科学院微生物组项目的支持。

图1.籼稻和粳稻富集了不同的根系微生物组，这些微生物与水稻氮肥利用效率有关。

NRT1.1B的自然变异是导致籼稻和粳稻根系微生物组出现差异的原因之一。相比粳稻，籼稻根系富集了更多与氮循环相关的微生物种类，这些微生物可以将土壤中的有机氮转化为无机氮直接被水稻吸收利用。

关于籼粳稻正名

1928年，日本加藤茂范将栽培稻种分为两个亚种japonica和indica，后来国际上补充完善为籼稻（Oryza sativa L. subsp. indica Kato）和粳稻（Oryza sativa L. subsp. japonica Kato），并一直沿用至今。从拉丁文标注可以看出，两个亚种用印度和日本来命名，带有很深的殖民主义烙印，不能正确反映籼粳的亲缘关系、地理分布和起源演化过程。

中国是栽培稻种的最重要的原产地之一，我国水稻学界一直谋求改变加藤茂范分类方法，老一辈著名水稻专家丁颖把籼稻定名为籼亚种（Oryza sativa L. subsp. hsien Ting），粳稻定名为粳亚种（O. sativa L. subsp. keng Ting）。按照音译的原则，粳稻的拉丁后缀为keng Ting，即明确规定粳字发音是keng，通汉语音geng。该分类方法已被中国水稻学界广泛接受。“gěng”的读音，尽管只是一个简单读音的改变，却对籼粳的亲缘关系、地理分布和起源演化过程作出了更为科学的阐释。

张启发院士说，要完成水稻分类命名中去殖民化的努力，当前首当其冲最为迫切的工作便是要对粳字的汉语拼音进行正确标注。“粳（gěng）读音有丰厚的历史、文化和科学内涵。小小的读音问题关乎中华科学文化的国际地位。地不分南北，水稻人没有读"jīng"的。”

2018年4月25日，Nature以article形式在线发表了由中国农业科学院作物科学研究所主导的，联合国际水稻研究所（IRRI）、上海交通大学、华大基因、深圳基因研究所、安徽农业大学和美国亚利桑那大学等16家单位共同完成的研究成果--“Genomic variation in 3,010 diverse accessions of Asian cultivated rice”。

Nature文章根据籼、粳亚种的独立多起源假说，并恢复为“籼”（Oryza sativa subsp. xian）、“粳”（Oryza sativa subsp. geng）亚种的正确命名，也罕见出现中文字体：

Reference

Zhang, et.al. Transporter NTR1.1B contributes the association of root microbiota and nitrogen use in rice. 2019. Nature Biotechnology. doi: http://doi.org/10.1038/s41587-019-0104-4

王孝林, 王二涛 (2019). 根际微生物促进水稻氮利用的机制. 植物学报 54, 1–3.

Hu B, Wang W, Ou S, Tang J, Li H, Che R, Zhang Z, Chai X, Wang H, Wang Y, Liang C, Liu L, Piao Z, Deng Q, Deng K, Xu C, Liang Y, Zhang L, Li L, Chu C (2015) Variation in NRT1.1B contributes to nitrate-use divergence between rice subspecies. Nature Genetics. 47(7): 834-838. doi: https://doi.org/10.1038/ng.3337 解读 http://blog.sciencenet.cn/blog-2351-899496.html

https://new.qq.com/omn/20180426/20180426B08LB0.html

作者简介

白洋研究员

白洋，博士，研究员，博士生导师

2005年毕业于武汉大学，2007年获得武汉大学植物发育生物学硕士学位，2010年在德国科隆大学获得植物发育生物学博士学位，2011—2015年博士后期间在德国马克斯普朗克植物育种研究所进行植物根系微生物组学的研究。2016年5月至今，任中科院遗传与发育生物学所研究员，也是中国科学院-英国约翰英纳斯中心植物和微生物科学联合研究中心(CEPAMS)首位研究员。2017年入选中组部“青年千人计划”。目前主要研究根系微生物组在植物抗病抗逆、营养高效等过程中的功能。在Nature、Nature Biotechnology、Nature Methods、Nature Plants、Microbiome、GigaScience、Science China Life Sciences等杂志发表论文10余篇。

CEPAMS官页白洋老师采访视频

视频链接：https://v.qq.com/x/page/x0842fhrc5c.html

实验室主页：http://bailab.genetics.ac.cn/