大豆“症青”病害（Soybean stay-green syndrome, SGS）是指感病大豆在正常成熟时，植株仍然叶绿枝青，同时出现荚而不实或籽粒瘪烂的现象。“症青”严重影响大豆的品质和产量，造成大豆减产20%-80%，特别严重的地块甚至颗粒无收。近年来，大豆“症青”在我国大面积爆发流行，已成为黄淮海夏大豆生产上的“癌症”。然而，引发大豆“症青”的原因一直备受争议，推测的可能原因包括虫害（如点蜂缘蝽取食）、营养元素（如硼元素）缺乏及气候问题（如高温干旱）等。近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员王二涛团队以Whole plant microbiome profiling reveals a novel geminivirus associated with soybean stay-green disease为题在Plant Biotechnology Journal上在线发表研究，利用多组学高通量测序解析了大豆“症青”发生相关的细菌、真菌和病毒微生物组，发现“症青”的发生与一种新型双生病毒的侵染紧密相关，同时发现“症青”发生伴随着大豆籽粒微生物组丰度的升高和细菌菌群稳态的失衡。
研究人员利用转录组和小RNA测序解析了大豆“症青”相关的病毒微生物组，并在大豆“症青”样品中鉴定出了一种新型的重组双生病毒——大豆“症青”综合征相关病毒（SbSGSV），该病毒不属于已知的14个发表的双生病毒属，推测其可能由双生病毒科的不同属的病毒发生重组产生（图1a-d）。研究人员进一步通过对该病毒进行普查，发现其在不同品种、采样地点和年份的“症青”大豆籽粒中都被检测到，但存在一定程度的变异（图1e-g），表明该双生病毒是令大豆“症青”发生的“真凶”。该结果与近期发表在Molecular Plant上的题为A new distinct geminivirus causes soybean stay-green disease的研究相互印证，表明大豆“症青”病害的致病重要原因是由一种新型的重组病毒导致的。
为了破解大豆“症青”的病因，除上述工作外，研究人员还解析了“症青”关联的大豆各个组织（包括根际、根、茎、叶、豆荚和籽粒）相关的细菌和真菌微生物组，发现与正常籽粒相比，“症青”籽粒的细菌及真菌丰度显著增加，细菌多样性显著降低（图2a，b）。研究还发现“症青”籽粒的细菌菌群稳态失调，主要表现为革兰氏阳性细菌（放线菌门和厚壁菌门）的丰度显著降低，而革兰氏阴性细菌（变形菌门和拟杆菌门）的丰度显著升高（图2c，d，f，g），但导致菌群稳态失衡的细菌种属在不同大豆品种中完全不一致（图2e，h），表明其菌群稳态失衡可能是大豆“症青”发生的并发现象。研究人员进一步通过对小麦多种病害样本相关的微生物组分析也发现菌群稳态在植物病害中的重要作用（图2f）。基于这些研究结果，该研究提出菌群丰度增高和稳态失衡是植物病害发生的普遍性现象。
该研究通过多组学联动将微生物菌群失调和双生病毒侵染与大豆“症青”发生建立关联，为农作物病原的快速鉴定提供了范例，为大豆“症青”的防治提供了重要的理论基础。
该研究得到了中国博士后基金、国家自然科学基金等项目的资助。
日期：2022-08-02
