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Jun 10, 2023

결절 수는 콩 뿌리 조립에서 확률론적 과정의 상대적 중요성을 완화합니다.

ISME 커뮤니케이션 3권, 기사 번호: 89(2023) 이 기사 인용 2 Altmetric Metrics 세부 정보 뿌리 관련 미생물 군집을 구성하는 생태학적 힘을 식별하는 것은

ISME 커뮤니케이션 3권, 기사 번호: 89(2023) 이 기사 인용

2 알트메트릭

측정항목 세부정보

뿌리 관련 미생물 군집을 구성하는 생태학적 힘을 식별하는 것은 보다 지속 가능한 농업을 향한 필수적인 단계입니다. 콩과 식물은 rhizobia와의 상호 공생을 확립하는 능력으로 인해 선택력과 식물-미생물 상호 작용에서의 기능을 연구하기 위한 모델 식물로 널리 활용됩니다. 뿌리혹은 결절의 수를 조절하여 이러한 상호 관계에서 비용-이익 균형을 최적화하는 공생 기관 역할을 합니다. 그러나 결절의 수가 뿌리 관련 세균 군집의 구조와 관련이 있는지는 알려져 있지 않습니다. 여기에서는 초결절 또는 정상 결절이 있는 대두 품종을 사용하여 자생 토양에서 재배된 대두의 뿌리 관련 박테리아 군집을 4가지 발달 단계에 걸쳐 조사했습니다. 우리는 공동체 간의 생태적 과정을 비교하고 전체 구조가 정상 결절 대두의 구조와 유사하지만 초 결절 대두에 대한 중립 프로세스의 상대적 중요성이 감소한다는 것을 발견했습니다. 우리는 뿌리 관련 틈새에서 공유되고 발달 단계를 통해 지속되는 각 뿌리 관련 구획에서 일반 핵심 박테리아 개체군을 식별했습니다. 핵심 박테리아 종 내에서, 근권 미생물군집에 있는 박테리아 종의 상대적인 풍부함은 숙주 식물의 기능적 특성과 연결되어 있으며 기계 학습 알고리즘을 사용하여 미생물로부터 이러한 특성을 예측하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 발견은 다양한 뿌리 관련 구획에서 생태학적 힘과 미생물총의 연관성에 대한 포괄적인 이해를 넓히고 유익한 식물 미생물군집을 농업 생산에 통합하여 식물 성능을 향상시키는 새로운 통찰력을 제공합니다.

식물 미생물군집은 식물 "홀로비온트(holobiont)"의 필수적인 부분으로, 숙주와 함께 진화해 왔으며 식물 특성에 심오한 방식으로 영향을 미칩니다[1]. 그럼에도 불구하고, 이러한 공동체를 구성하는 생태학적 힘에 대한 근본적인 이해가 부족하며, 미생물군집을 형성하는 패턴과 원리에 대한 포괄적인 식별이 필요합니다. 일반적으로 받아들여지는 바와 같이, 결정론적 과정과 확률론적 과정 모두 미생물 군집 구성을 형성하는 것으로 생각됩니다[2]. 식물 관련 미생물군집은 파종 직후 형성되기 시작하고 생태적 표류, 종분화/다양화, 분산 및 선택이라는 네 가지 생태 진화 과정을 통해 식물 성장과 함께 발달합니다[3, 4]. 종분화와 분산은 확률론적일 수도 있고 결정론적일 수도 있는 반면, 생태학적 표류와 선택은 각각 분명히 확률론적일 수도 있고 결정론적일 수도 있습니다. 확률론적 및 결정론적 프로세스의 상대적인 기여와 커뮤니티 구축을 규제하기 위해 협력하는 방법은 여전히 ​​중요한 질문으로 남아 있습니다.

주목할 점은, 많은 콩과 식물의 경우, 뿌리혹 공생은 세포간 감염 스레드를 통해 뿌리 털에서 뿌리줄기 군집화가 시작되는 특정 식물-미생물 상호작용을 정의합니다[5, 6]. 이는 커뮤니티의 조립 패턴을 복잡하게 만듭니다 [7,8,9,10]. 대부분의 육상 식물과 달리 콩과 식물은 박테리아 파트너의 존재에 대처하기 위해 뿌리 혹을 발달시킬 수 있습니다. 이러한 새로운 측면 뿌리 기관의 형성은 숙주 세포 내부에 미세 공생체를 수용하고 미생물과 콩과 식물 간의 상호 작용을 제어하는 ​​수단을 제공합니다 [11, 12]. 결절 발달 동안, 뿌리 결절에 갇힌 내공생 박테리아를 나누는 피질 세포는 박테리아 유발 신호 연쇄 및 숙주 제어 결절 자동 조절(AON)을 통해 결절의 수를 정확하게 제어하고 상호 관계의 비용-이익 균형을 최적화합니다. 13,14,15]. 결절의 자동 조절 장애로 인해 결절의 수가 비정상적인 경우가 많습니다. 상호 공생 관계의 교란은 숙주 콩과 식물에만 국한되지 않고 뿌리 관련 박테리아 군집의 알려진 구성에 영향을 미치고 분포를 촉진할 수 있으며, 이는 콩과 식물과 사이짓거나 윤작하는 다른 작물에도 영향을 미칠 수 있습니다 [7, 8]. 이 정보는 콩과 식물의 공생 진화를 이해하고 콩과 식물이 아닌 식물의 공생 생물학적 질소 고정(BNF)을 엔지니어링하여 이러한 특수한 이진 상호 작용을 생태 공동체의 맥락에 통합하는 데 중요합니다.