研究人员发现了帮助植物抵御寄生虫的微生物

加州大学戴维斯分校的研究人员已经鉴定出可以帮助非洲一种主要作物抵御一种主要害虫的细菌。他们的研究结果发表在《细胞报告》上，可以提高高粱的产量，高粱是西非和东非国家的主要食品和饮料

非洲约20%的高粱作物因独眼草（Striga hermonthica）而损失，独眼草是一种寄生植物，通过附着在植物根部来窃取营养和水分

在这项新的研究中，加州大学戴维斯分校的研究人员表明，土壤微生物会引起高粱根系的变化，从而使植物更能抵抗巫草的感染。他们确定了触发这些抗性特征的特定细菌菌株，并可作为土壤“益生菌”在未来提高高粱产量

“这些微生物作为土壤添加剂有很大的前景，可以帮助撒哈拉以南非洲的农民成功种植高粱，”植物生物学和基因组中心系教授、该论文的资深作者Siobhan Brady说

巫草是撒哈拉以南非洲小农户的一个主要问题。寄生植物产生数千个微小的种子，这些种子可以在土壤中休眠长达20年，这使得它们极难根除。目前的控制方法——包括施用化学制剂、轮作和培育抗性高粱——只实现了部分控制，许多方法是最需要的农民无法获得的

博士后学者Dorota Kawa与Brady及其在荷兰和埃塞俄比亚的合作者合作，证明土壤微生物可以减轻高粱中的witchweed感染

Brady说：“这是第一个表明微生物如何诱导宿主根细胞发生变化的例子，而这些变化与抑制witchweed有关。”

劫持植物信号

当高粱植物发现自己处于低磷土壤中时，它们会从根部释放化学物质，吸引真菌帮助它们获取磷酸盐。不幸的是，对于高粱来说，独花已经进化为对同样的信号做出反应

Brady说：“这种寄生植物劫持了信号，当种子从根部感知到相同的信号时，它们就会发芽。”

在发芽后，独舌草会对高粱的额外化学线索做出反应，这些化学线索会触发寄生虫生长出被称为“吸器”的附属物，使其能够抓住并穿透高粱根

布雷迪说：“一旦它与高粱脉管系统建立了这种联系，它就像是通往寄生植物的营养高速公路。”

Brady和Kawa想知道土壤微生物是否能阻止这种劫持。先前的研究表明，一种叫做镰刀菌的土壤真菌会抑制witchweed的发芽，从而抑制高粱的感染，但人们对土壤细菌或真菌是否会通过改变高粱根来抑制witchweed的感染知之甚少

作为第一项测试，研究人员比较了在“天然”土壤中发芽的高粱幼苗与在无菌土壤中生长的幼苗的易感性。他们发现，生长在天然土壤中的植物比生长在消毒土壤中的植株有更少的独眼草附着物，这表明细菌在植物抵抗感染的能力中发挥着重要作用

微生物机制

接下来，研究小组想研究这种耐药性背后的机制。通过遗传学、显微镜和体外实验的结合，他们发现微生物降解了有助于巫妖草附着在宿主上的化学线索，也改变了高粱的根系解剖结构，使巫妖草更难附着。

他们观察到，当高粱植物生长在富含微生物的天然土壤中时，细菌诱导的基因会产生更厚的木栓素层，木栓素是一种蜡状物质，可能会对巫妖草起到屏障作用，还有更多的空气填充间隙或“通气组织”，也可能阻碍巫妖草与高粱的附着

通过基因测序，Brady和她的合作者确定了100多个与witchweed抗性相关的细菌分类群。当他们在体外测试其中八种细菌菌株的功能时，他们确定了一种降解土壤中化学线索的假单胞菌菌株和一种增加高粱根木栓化的节杆菌菌株

布雷迪说：“我们能够识别单个微生物，这很令人兴奋，因为通常土壤中有一整套微生物，它们有可能共同作用。”

工具包中的另一个工具

Brady说：“最终目标是确定农民可以用来处理土壤或种子的微生物解决方案，以帮助防止Striga感染。”。“我们的意图是，这应该是农民综合解决方案的一部分，这是工具包中的另一个工具。”

现在，研究人员正在寻找负责赋予其他抗性特征的微生物。他们还从埃塞俄比亚开始，对其他地区的土壤微生物进行了表征，并调查这些微生物是否能赋予其他同样受到这种寄生虫影响的作物物种对巫草的抵抗力

布雷迪说：“我们需要确保我们使用的微生物来自这些微生物应用的国家，这样我们才能保持生物多样性。”。“我们还希望优先考虑能够在其他作物物种中发挥良好作用的微生物，如珍珠小米和水稻。”