新研究 天然微生物學 對堪薩斯州收集的土壤進行了分析，以測試其作用。這是指多年來適應當地氣候的微生物如何塑造特定地區的土壤。
“生活在土壤中的細菌、真菌和其他生物最終可能會對碳儲存、營養物質的移動以及我們特別感興趣的——對植物的遺傳影響等重要事物產生重大影響，”共同作者、堪薩斯大學生態學和進化生物學副教授瑪吉·瓦格納（Maggie Wagner）說。
“我們對此很感興趣，因為多年來其他研究人員將土壤微生物的生態記憶描述為記住祖先過去的一種方式，”她說。 “我們認為這真的很有趣。它對我們種植植物的方式有很多重要影響。這包括玉米和小麥等。降水對植物生長有很大影響。但這些土壤微生物的記憶也發揮著作用。”
根據瓦格納的說法，以前也觀察到過同樣的效果。但細節仍不清楚。最終，更清晰的了解可以幫助希望利用有益微生物的農民和農業生物技術公司。
“我們真的不明白。同樣的影響是如何發揮作用的，”她說，“例如，哪些微生物在基因水平上參與其中。它是如何發揮作用的？哪些細菌基因受到影響？我們仍然不明白氣候遺產如何通過土壤轉移到微生物，然後最終轉移到植物。”
研究小組從堪薩斯州的六個地點採集了土壤樣本，橫跨較潮濕的東部到西部較高、較乾燥的高原。由於落基山脈的雨影，該地區降雨較少。目標是比較遺留影響如何沿該氣候梯度變化。
“這是與英國諾丁漢大學團隊的合作，”瓦格納說。 “我們劃分工作。但大多數實驗——事實上，所有實驗——都是在堪薩斯大學完成的，而且我們還重點關注來自堪薩斯州的土壤來開展這項工作。”
在堪薩斯大學，瓦格納和同事評估了這些土壤中的微生物群落如何影響植物。
“我們使用舊技術。它像黑匣子一樣對待微生物，”她說。 “我們在不同的微生物群落中種植植物。它們對乾旱有不同的記憶。然後我們測量植物的性能，以了解哪些是有益的，哪些是無益的。”
研究人員將微生物群落暴露在充足或非常有限的水中五個月。強化存在的相互矛盾的水分歷史。
瓦格納說：“即使細菌已經經過數千代，人們仍然可以檢測到干旱的記憶。” “我們看到的最有趣的方面之一是，微生物遺產對這些地方本土植物的影響比對來自其他地方並出於農業原因種植的植物的影響要強得多。但它不是本土植物。”
開始測試植物特性如何與微生物遺產相互作用。研究小組將一種作物（玉米）與一種本土草（卡馬草）進行了比較。他們知道需要更多的物種來證實該模型。但初步結果表明，本土植物可能更符合當地的微生物歷史。
“我們認為這與這些植物共同的進化歷史有關。這意味著在很長一段時間內，伽瑪草與這些微生物群落共存。但玉米不是常駐植物，”她說。 “玉米在中美洲種植，但在這個地區存在的歷史只有幾千年。”
除了植物性能之外，研究人員還檢查了微生物和植物的基因活性，以探索前者在分子水平上的影響背後的潛在機制。
“最讓我們興奮的基因叫做煙草胺合酶，”瓦格納說。 “它產生的分子對植物從土壤中獲取鐵最有用。但它也被證明會影響某些物種的耐旱性。在我們的分析中，植物在乾旱條件下表達這種基因。但只有當與具有乾燥條件記憶的微生物一起生長時。植物對乾旱的反應取決於微生物的記憶。我們發現這很有趣。”
瓦格納指出，加馬草被認為是在脅迫下改善玉米的有用基因來源。
“我之前提到的基因可能會引起人們的興趣，”她說，“對於專注於向農作物添加微生物的生物技術公司來說。這為在哪裡尋找具有有益特性的微生物提供了線索。農業中的微生物商業化是一個價值數十億美元的產業，並且仍在增長。”
瓦格納的 KU 合作者包括主要作者 Nichole Ginnan（現就職於加州大學河濱分校）和 Natalie Ford（現就職於賓夕法尼亞州立大學）；來自諾丁漢大學的 Valéria Custódio、David Gopaulchan、Dylan Jones、Darren Wells 和 Gabriel Castrillo；來自墨西哥國立自治大學的 Isai Salas-Gonzalez；和來自佛得角農業和環境部的安吉拉·莫雷諾。
“這項工作的價值在於它的跨學科性，”瓦格納說。 “我們將遺傳分析、植物生理學和微生物學結合在一起。它使我們能夠提出和回答以前不可能的問題。”
這項工作由美國國家科學基金會綜合生命系統部資助。
