CABBI研究人员绘制了油甘蔗微生物组图

在一项开创性的新合作中，高级生物能源和生物产品创新中心 (CABBI) 的科学家确定了与工程油甘蔗相关的微生物类型。对油甘蔗微生物组的进一步探索可能会揭示利用这些原料中植物-微生物相互作用的机会，这可能会提高可持续生物能源生产的油产量。

就生物量而言，甘蔗是世界上产量最大的作物，原因不难看出;它为全球 26% 的生物乙醇和全球 80% 的糖生产提供原料。

一种特殊的代谢工程甘蔗品种，称为油甘蔗，比野生型甘蔗积累高 30 到 400 倍的高能量密度甘油三酯 (TAG)，这使其成为生产生物燃料的理想作物。通过研究这种将天然糖分用于石油生产的原料，研究人员可以提供可持续的、以植物为基础的化石燃料替代品。

研究人员正在寻找改良作物的途径之一是微生物组管理。了解植物与生活在植物表面和内部的微生物之间的相互作用可能有助于我们开发可以提高作物生产力和恢复力的农业管理实践。虽然已经研究了甘蔗微生物组，但油甘蔗微生物组在历史上一直是未知领域。

在 CABBI 的可持续性和原料生产主题之间的合作中，研究人员探索了几种油甘蔗种质和野生型甘蔗之间微生物组结构的差异。爱荷华州博士后研究员 Jihoon Yang 和助理教授 Adina Howe 从可持续性方面领导了该项目，而佛罗里达大学生物科学家 Baskaran Kannan 和 Fredy Altpeter 教授是原料方面的负责人。

该研究发表在生物燃料和生物产品的生物技术上，与未改性甘蔗相比，检查了四种不同油甘蔗种质(由佛罗里达大学的 Altpeter 团队开发)的微生物组。

该团队在同一土壤中种植了这些工程油甘蔗和甘蔗。一旦生长，他们就对叶子、茎、根、根际土壤和大块土壤的微生物进行了采样。该团队使用尖端的测序和生物信息学工具，发现每份油甘蔗的微生物组都与未改良的甘蔗不同。

有趣的是，在 WRI1 转基因表达最高的油甘蔗种质中观察到微生物组组成的最大差异。WRI1 被称为脂质生物合成的“主调节器”，并导致基因表达谱发生显着变化，从而影响植物积累能量密集型 TAG 的能力。

这项研究表明，转基因表达不同的代谢工程油甘蔗种质将与不同的微生物组相关，这表明油甘蔗(与甘蔗相比)的代谢差异在决定植物微生物组的组成方面发挥了一定作用。

研究人员推测，油甘蔗与土壤中特定微生物的结合可能以某种方式使植物受益，这在其他植物中经常发生。该团队希望开展进一步的研究，以了解某些油甘蔗类型特有的微生物组如何与其寄主植物相互作用。

“这一领域的洞察力可能会导致油甘蔗管理方面的突破，种植者可以在其中调整植物与微生物的相互作用，以提高他们的作物和油产量，”Howe 说。

Altpeter 补充说：“更多的研究也可能会导致量身定制的微生物组，从而提高农艺性能和代谢工程油甘蔗的产量。”

CABBI 这项研究的合著者包括 Thanwalee Sooksa-nguan(爱荷华州立大学农业和生物系统工程系)、Sofia Cano-Alfanar(佛罗里达大学农学系-IFAS)、Hui Liu(布鲁克海文国家实验室生物系) , John Shanklin(生物系，布鲁克海文国家实验室)和 Angela Kent(自然资源与环境科学系，伊利诺伊大学香槟分校)。