研究人员预测气候变化导致有益植物微生物减少

一个国际研究小组的一项新研究表明，有益于植物的细菌被认为是农作物和其他生态系统的关键贡献者，但气候变化可能会减少它们的数量。他们在《自然食品》上发表了他们的发现。

宾夕法尼亚州立大学植物科学教授弗朗西斯科·迪尼-安德烈奥特(FranciscoDini-Andreote)参与了这项合作，研究了从全球收集的土壤中植物有益细菌(PBB)的丰度和分布。研究人员随后模拟了这些微生物群落如何受到依赖化石燃料的气候变化的影响下个世纪

利用地球微生物组计划的现有数据，研究人员确定了可以为植物提供服务的微生物。提供服务的微生物，例如生物防治或限制病原体的影响、促进植物生长和抗逆性。此类服务表明这些细菌是主要生产食物的生产性农业生态系统的关键组成部分。

迪尼-安德烈奥特说：“植物的根、叶和茎上和内部都栖息着多种微生物。”“这些与植物相关的微生物组代表了植物代谢能力的延伸——通常被称为‘植物的第二基因组’。”

这一概念与全基因组概念相呼应，全基因组考虑生物体及其相关微生物组所包含的全部基因组，以推断生物体的健康和进化。研究人员表示，表征PBB的生物地理学为理解控制全球微生物群落模式的变量并预测它们在快速变化的世界中的未来奠定了基础。

他们的分析揭示了PBB多样性的几个趋势，包括低纬度地区的多样性和丰富度较高，其中北美和非洲的集中度最高。总共鉴定了396个属，其分类等级高于物种级别。

研究人员发现，当地环境变量(尤其是气候)是多溴联苯群落组成的有力预测因素，可能对多溴联苯分布产生强烈影响。这表明气候会影响细菌的发现地点和比例。

为了研究多溴联苯的丰度和分布在下个世纪可能发生的变化，研究人员根据政府间气候变化专门委员会的预测模拟了几种气候情景。

在化石燃料发展情景下(假设到2075年温室气体排放量将增加两倍)，该模型预测，在全球80%的地区，与生物防治和抗压相关的多溴联苯将减少0.60%，而在可持续发展情景下则为0.07%。在所有情景下，中纬度地区预计将稳步下降，而极地和赤道地区的多溴联苯预计将增加。

迪尼-安德烈奥特指出，此类预测研究具有广泛影响力，但他警告说，模型是有限的，必须经过实验验证。例如，在受控环境中，植物-土壤系统可能会暴露在变暖或干旱条件下，之后研究人员可以根据多溴联苯群落相对于对照的影响和适应来评估变化。

换句话说，需要通过实验来了解PBB在气候相关胁迫下将受到怎样的影响，以及PBB下降到何种程度将对植物健康产生关键影响。

研究人员表示，除了为社区生态学研究提供信息外，他们还希望激发农业创新和应用，以提高粮食安全。但这些创新不太可能包括土壤益生菌来恢复减少的多溴联苯。

Dini-Andreote表示，此类生物接种剂通常存在一些缺点，例如需要持续使用。此外，只能培养一小部分(约5%至10%)土壤微生物，这限制了全谱益生菌的开发。

迪尼-安德烈奥特提供了另一种选择。

迪尼-安德烈奥特说：“通过加深我们对这些独特的多溴联苯如何与植物(例如在植物根际)一起生存的理解，我们可以制定策略来改造作物，以生产喂养这些有益微生物的化合物。”

研究人员建议，通过这种方法，植物可以招募有益细菌，而不需要外部输入益生菌。迪尼-安德烈奥特说，此类应用的潜在影响尚不清楚，但强调了探索快速发展的微生物组前沿的重要性。

“我们希望这篇论文能够成为更多多溴联苯实证研究的催化剂，”迪尼-安德烈奥特说。

OneHealth微生物组中心主任、生物学和昆虫学教授、DorothyFoehrHuck和J.LloydHuck微生物组科学SethBordenstein也表达了同样的观点，并对这项工作表示赞赏。

博登斯坦说：“这项备受瞩目的研究证明了迪尼-安德烈奥特博士在同一个健康背景下对植物与微生物相互作用的影响力和原创性研究，涵盖土壤、植物和人类健康。”“他对植物全基因组研究以及与全球环境和地理数据整合的愿景不仅推动了教科书级别的知识，而且还对有证据支持的可持续性挑战发出了警报。”

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