Highlight

1.微生物在(zai)中藥連(lian)作障礙研究中的關鍵作用！

2.派(pai)森(sen)諾微生物組(zu)一站(zhan)式解決方案，從實(shi)驗到分析，助力您的科學研究！

3.《iMETA》期(qi)刊案(an)例展(zhan)示長期(qi)連(lian)作緩解(jie)煙草連(lian)作障礙的微生物機制(zhi)！

4.微生物(wu)多樣性，宏(hong)基因(yin)組(zu)，宏(hong)轉錄組(zu)聯系派森諾，立享前沿技術賦能！

隨著全球對中(zhong)藥材(cai)需求(qiu)的(de)(de)日(ri)益(yi)增(zeng)長(chang)(chang)(chang)，藥用植(zhi)(zhi)物(wu)的(de)(de)栽培面積和種類(lei)不斷擴大。然(ran)而，在藥用植(zhi)(zhi)物(wu)的(de)(de)集約化種植(zhi)(zhi)過(guo)程中(zhong)，連(lian)作(zuo)(zuo)障(zhang)礙(ai)問題(ti)日(ri)益(yi)凸(tu)顯(xian)，特別是在以(yi)(yi)塊根類(lei)入藥的(de)(de)藥用植(zhi)(zhi)物(wu)上(shang)表現尤為嚴重(zhong)。連(lian)作(zuo)(zuo)障(zhang)礙(ai)的(de)(de)形成(cheng)是多(duo)因素共同作(zuo)(zuo)用的(de)(de)結果，其中(zhong)微(wei)生(sheng)物(wu)在藥用植(zhi)(zhi)物(wu)-土(tu)壤負反饋過(guo)程中(zhong)扮演著重(zhong)要角色。藥用植(zhi)(zhi)物(wu)在生(sheng)長(chang)(chang)(chang)過(guo)程中(zhong)會(hui)改變(bian)根際土(tu)壤的(de)(de)生(sheng)物(wu)組成(cheng)與(yu)非生(sheng)物(wu)屬性，這(zhe)些變(bian)化會(hui)反作(zuo)(zuo)用于(yu)植(zhi)(zhi)物(wu)后期的(de)(de)生(sheng)長(chang)(chang)(chang)與(yu)種內關(guan)系，形成(cheng)植(zhi)(zhi)物(wu)-土(tu)壤反饋。基于(yu)當前(qian)的(de)(de)研究(jiu)進展(zhan)，微(wei)生(sheng)物(wu)與(yu)中(zhong)藥連(lian)作(zuo)(zuo)障(zhang)礙(ai)研究(jiu)可以(yi)(yi)從以(yi)(yi)下幾個方向進行(xing)深入探討(tao)：

（1）根(gen)(gen)際(ji)(ji)微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)失控引(yin)發藥(yao)用(yong)植物(wu)(wu)(wu)-土壤負(fu)反(fan)饋：連(lian)作(zuo)條件下(xia)，藥(yao)用(yong)植物(wu)(wu)(wu)根(gen)(gen)際(ji)(ji)微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)群落(luo)結(jie)構(gou)發生(sheng)顯(xian)著變(bian)化，病原菌豐度增加，有益微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)減(jian)少，這種變(bian)化會(hui)負(fu)反(fan)饋于藥(yao)用(yong)植物(wu)(wu)(wu)的(de)生(sheng)長代謝。如遼(liao)細辛、苧麻、西洋參(can)等藥(yao)用(yong)植物(wu)(wu)(wu)的(de)根(gen)(gen)際(ji)(ji)功能性微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)豐度與(yu)連(lian)作(zuo)年(nian)限呈負(fu)相(xiang)關(guan)趨勢(shi)，其豐度的(de)降低影響植物(wu)(wu)(wu)根(gen)(gen)系對營養物(wu)(wu)(wu)質的(de)吸收，引(yin)起發育不良等負(fu)反(fan)饋現象。

（2）根系分泌物(wu)(wu)(wu)與微(wei)(wei)生物(wu)(wu)(wu)互作：藥用(yong)植(zhi)物(wu)(wu)(wu)根系分泌物(wu)(wu)(wu)中的化感(gan)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)可(ke)以調控根際微(wei)(wei)生物(wu)(wu)(wu)的生長和(he)代(dai)謝。某些化感(gan)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)可(ke)以作為(wei)碳源被微(wei)(wei)生物(wu)(wu)(wu)利用(yong)，而(er)微(wei)(wei)生物(wu)(wu)(wu)也可(ke)以通(tong)過(guo)降解(jie)或轉(zhuan)化化感(gan)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)來(lai)影響藥用(yong)植(zhi)物(wu)(wu)(wu)的生長發(fa)育。

（3）微(wei)生(sheng)(sheng)物介(jie)導的(de)(de)化(hua)感(gan)自毒(du)作(zuo)用：微(wei)生(sheng)(sheng)物在連作(zuo)障礙中的(de)(de)另一個(ge)重(zhong)要作(zuo)用是介(jie)導化(hua)感(gan)自毒(du)作(zuo)用。某些(xie)病(bing)原(yuan)菌(jun)可(ke)以(yi)分(fen)泌毒(du)素或利用根系分(fen)泌物中的(de)(de)化(hua)感(gan)物質(zhi)來抑制(zhi)藥用植(zhi)物的(de)(de)生(sheng)(sheng)長，從而加劇連作(zuo)障礙的(de)(de)發生(sheng)(sheng)。

綜上所述，通過(guo)深入研(yan)究微生物(wu)在連作障礙中(zhong)的作用機制，可(ke)以揭示連作障礙的形成機理，為制定有效(xiao)的防控措施提供科學依據。

圖 根際微生態對藥(yao)用(yong)植物連作障(zhang)礙的綜(zong)合(he)作用(yong)

Liao J and Xia P, Continuous cropping obstacles of medicinal plants: Focus on the plant-soil-microbe interaction system in the rhizosphere[J]. Scientia Horticulturae, 2024, 328: 112927. //dx.doi.org/10.1016/j.scienta.2024.112927

研究技(ji)術(shu)路線

派森諾微生物組產品(pin)

1、微生物多樣(yang)性組(zu)成譜

以細(xi)菌/古菌 16SrRNA基(ji)因(yin)可(ke)變區(qu)、真(zhen)菌 18SrRNA 基(ji)因(yin)可(ke)變區(qu)、真(zhen)菌 ITS(intemnaltranscribed spacer)內轉錄(lu)間(jian)隔(ge)區(qu)和特異(yi)性功能(neng)基(ji)因(yin)等微(wei)生物(wu)(wu)特征序(xu)列(Signature sequence)為靶點,通過檢(jian)測序(xu)列的變異(yi)和數量,反映群(qun)落(luo)中各類微(wei)生物(wu)(wu)物(wu)(wu)種的身份(fen)和豐度,從而快速解析群(qun)落(luo)物(wu)(wu)種分布特征,闡明樣本間(jian)多樣性和組成差異(yi),進而發現差異(yi)相關物(wu)(wu)種。

2、宏(hong)基因(yin)組

宏基因(yin)組學(Metagenomics)研究通(tong)過全基因(yin)組鳥(niao)槍(qiang)法(Whole Genome Shotgun，WGS)測序策略，將提取(qu)獲得的(de)(de)微(wei)生物(wu)組總DNA 隨機(ji)打 斷為(wei)短片(pian)段(duan)(duan)，并構建合適長度(du)的(de)(de)插入(ru)片(pian)段(duan)(duan)文(wen)庫(ku)，對這些文(wen)庫(ku)進行雙端(Paired-end，PE)高(gao)通(tong)量測序，從而能全面精(jing) 細地展示(shi)整個菌群的(de)(de)功能 代謝造和物(wu)種精(jing)細組成譜，進而在(zai)組成和功能水平分別挖(wa)掘關鍵生物(wu)標記物(wu)，從原理上(shang)闡明微(wei)生物(wu)群落在(zai)生態(tai)系統中發揮作用的(de)(de)根本機(ji)制。

3、宏轉錄組

宏(hong)轉錄(lu)組學(xue)(Metatranscriptomics)的(de)(de)(de)研究(jiu)對(dui)象(xiang)是微生(sheng)物(wu)(wu)組 mRNA,在獲取微生(sheng)物(wu)(wu)組總 RNA 并(bing)去(qu)除 rRNA 之后(hou),反轉錄(lu)為(wei) cDNA,并(bing)構(gou)建(jian)合(he)適長度的(de)(de)(de)插入(ru)片段文(wen)庫，對(dui)這(zhe)些(xie)文(wen)庫進行雙端(duan)(Paired-end,PE)高通量測(ce)序(xu),從而能精確定量整個菌群中具有活 性的(de)(de)(de)物(wu)(wu)種精細組成及其對(dui)應(ying)功(gong)能的(de)(de)(de)表達水平(ping),進而鎖定菌群中的(de)(de)(de)關鍵生(sheng)物(wu)(wu)標記物(wu)(wu)、闡明其生(sheng)物(wu)(wu)學(xue)意(yi)義(yi)。

案(an)例分享

長期連(lian)作緩解煙草連(lian)作障(zhang)礙(ai)的微(wei)生物機(ji)制

Microbiome-mediated alleviation of tobacco replant problem via autotoxin degradation after long-term continuous cropping

發表期刊(kan)：iMeta

影響因子：23.7

通訊單位：中國科學院微(wei)生物研(yan)究所和南(nan)開大學

組學技術：微生物多(duo)樣(yang)性組成譜(pu)（16S+ITS）、宏(hong)基因組等

研究背景：

煙(yan)草(cao)（Nicotiana tabacum L.）是世界(jie)性經(jing)濟作(zuo)(zuo)物(wu)之一(yi)。云南省是中國最大的煙(yan)草(cao)產區，其種(zhong)(zhong)植模式常為每年(nian)種(zhong)(zhong)植煙(yan)草(cao)而間作(zuo)(zuo)其它(ta)作(zuo)(zuo)物(wu)，這(zhe)種(zhong)(zhong)連(lian)(lian)作(zuo)(zuo)制(zhi)度導(dao)致了(le)嚴重的煙(yan)草(cao)連(lian)(lian)作(zuo)(zuo)障礙，主(zhu)要(yao)表現為植物(wu)生長發(fa)育不良、土(tu)壤(rang)酸(suan)化和(he)自毒物(wu)質（主(zhu)要(yao)是酚(fen)酸(suan)類化合物(wu)）的積累和(he)微生物(wu)功能(neng)失調。然而長期(qi)連(lian)(lian)作(zuo)(zuo)煙(yan)草(cao)后連(lian)(lian)作(zuo)(zuo)障礙是否能(neng)夠緩解尚未研(yan)究。

技術路(lu)線(xian)：

部(bu)分(fen)研究結果：

通過對云(yun)南煙草(cao)短期(qi)連(lian)作（STCC）和(he)長期(qi)連(lian)作（LTCC）土(tu)(tu)壤(rang)的(de)(de)(de)比(bi)較，研究發(fa)現長期(qi)連(lian)作可(ke)以減輕土(tu)(tu)壤(rang)自毒(du)物質積累(lei)和(he)酸化問題，并通過改(gai)變土(tu)(tu)壤(rang)微(wei)(wei)生(sheng)物群落(luo)來緩解(jie)連(lian)作障礙。研究表明，LTCC土(tu)(tu)壤(rang)中(zhong)的(de)(de)(de)酚酸含(han)量(liang)顯(xian)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)低于STCC土(tu)(tu)壤(rang)，同時(shi)LTCC土(tu)(tu)壤(rang)的(de)(de)(de)pH值略高于STCC土(tu)(tu)壤(rang)。通過分(fen)析微(wei)(wei)生(sheng)物群落(luo)，發(fa)現LTCC土(tu)(tu)壤(rang)中(zhong)多(duo)種有(you)益細(xi)(xi)菌(jun)的(de)(de)(de)OTU更(geng)豐富，包(bao)括Pseudomonas、Burkholderia、Rubrobacter、Adhaeribacter等。細(xi)(xi)菌(jun)群落(luo)的(de)(de)(de)PCA表明LTCC土(tu)(tu)壤(rang)與STCC土(tu)(tu)壤(rang)在細(xi)(xi)菌(jun)群落(luo)組成上存在顯(xian)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)差異。此外，植物生(sheng)長實驗顯(xian)示，與STCC土(tu)(tu)壤(rang)相比(bi)，LTCC土(tu)(tu)壤(rang)中(zhong)煙草(cao)的(de)(de)(de)莖和(he)根(gen)的(de)(de)(de)干(gan)重顯(xian)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)增加。在LTCC土(tu)(tu)壤(rang)中(zhong)，香草(cao)醛(quan)(quan)的(de)(de)(de)含(han)量(liang)顯(xian)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)降低。最后，某(mou)些(xie)有(you)益微(wei)(wei)生(sheng)物的(de)(de)(de)豐度與香草(cao)醛(quan)(quan)含(han)量(liang)顯(xian)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)負相關(guan)，這表明這些(xie)微(wei)(wei)生(sheng)物可(ke)能具有(you)降解(jie)香草(cao)醛(quan)(quan)的(de)(de)(de)能力。

通過以(yi)香(xiang)(xiang)蘭(lan)素(su)為唯一碳源的(de)培養基(ji)，從長期(qi)連作(zuo)(zuo)煙(yan)(yan)草(cao)土壤中(zhong)(zhong)分離出兩個菌(jun)(jun)株（NLJ1和(he)NLJ2），分別與Pseudomonas和(he)Burkholderia親緣關(guan)(guan)系最近。這些(xie)(xie)菌(jun)(jun)株在無菌(jun)(jun)培養基(ji)和(he)短(duan)(duan)期(qi)連作(zuo)(zuo)土壤中(zhong)(zhong)均(jun)能(neng)高效(xiao)降(jiang)解(jie)香(xiang)(xiang)蘭(lan)素(su)，并緩(huan)解(jie)煙(yan)(yan)草(cao)的(de)連作(zuo)(zuo)障礙。在短(duan)(duan)期(qi)連作(zuo)(zuo)土壤中(zhong)(zhong)添加香(xiang)(xiang)蘭(lan)素(su)后，煙(yan)(yan)草(cao)幼(you)苗的(de)生長受到(dao)(dao)抑制，但接種(zhong)NLJ1、NLJ2或其混合液后，煙(yan)(yan)草(cao)生長得到(dao)(dao)顯著改善，表明這些(xie)(xie)細菌(jun)(jun)可以(yi)有(you)效(xiao)定殖并在土壤中(zhong)(zhong)建立種(zhong)群(qun)。此外，該(gai)研(yan)究觀察到(dao)(dao)，香(xiang)(xiang)蘭(lan)素(su)應激下，假單(dan)胞菌(jun)(jun)和(he)伯克霍爾德菌(jun)(jun)中(zhong)(zhong)與乙(yi)醛酸(suan)和(he)二羧酸(suan)代謝相關(guan)(guan)的(de)基(ji)因顯著上調，這些(xie)(xie)基(ji)因在芳香(xiang)(xiang)族化合物降(jiang)解(jie)中(zhong)(zhong)起重要(yao)作(zuo)(zuo)用。

長期連作(zuo)煙草可調(diao)節土壤酸化、自毒物(wu)質積累和根系相(xiang)關微生物(wu)群

自毒(du)物(wu)質降(jiang)解菌通過(guo)在土壤中的定殖和降(jiang)解自毒(du)物(wu)質從而緩(huan)解連作(zuo)障礙(ai)

研(yan)究結論(lun)：

本研究證明，通(tong)過富集(ji)自毒物質(zhi)降解菌來提高土壤(rang)(rang)pH值(zhi)和降低土壤(rang)(rang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)酚(fen)酸，LTCC緩(huan)解了煙(yan)草連作(zuo)(zuo)(zuo)障礙(ai)。通(tong)過在無菌培養物和土壤(rang)(rang)樣品中(zhong)(zhong)的(de)(de)驗(yan)證，煙(yan)草自毒物質(zhi)降解細菌的(de)(de)有效作(zuo)(zuo)(zuo)用得到了進一步證實。這些發現強調，LTCC或在某些脅迫下單(dan)一種植作(zuo)(zuo)(zuo)物可以誘導(dao)土壤(rang)(rang)穩態，以應對(dui)連作(zuo)(zuo)(zuo)障礙(ai)、土壤(rang)(rang)傳(chuan)播(bo)疾病和潛在的(de)(de)其他脅迫，從而提高作(zuo)(zuo)(zuo)物健康。

引文(wen)：Peixue Xuan, Haikun Ma, Xiaopeng Deng, Yunfu Li, Jianqing Tian, Junying Li, Erdeng Ma, Zhaoli Xu, Dong Xiao, T. Martijn Bezemer, Mingfeng Wang, Xingzhong Liu, Meichun Xiang. 2024. Microbiome-mediated alleviation of tobacco replant problem via autotoxin degradation after long-term continuous cropping. iMeta: e189. //doi.org/10.1002/imt2.189