大豆“癥青”病害（Soybean stay-green syndrome, SGS）是指感病大豆在正常成熟時，植株仍然葉綠枝青，同時出現(xiàn)莢而不實或籽粒癟爛的現(xiàn)象。“癥青”嚴重影響大豆的品質和產(chǎn)量，造成大豆減產(chǎn)20%-80%，特別嚴重的地塊甚至顆粒無收。近年來，大豆“癥青”在我國大面積爆發(fā)流行，已成為黃淮海夏大豆生產(chǎn)上的“癌癥”。然而，引發(fā)大豆“癥青”的原因一直備受爭議，推測的可能原因包括蟲害（如點蜂緣蝽取食）、營養(yǎng)元素（如硼元素）缺乏及氣候問題（如高溫干旱）等。近日，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心研究員王二濤團隊以Whole plant microbiome profiling reveals a novel geminivirus associated with soybean stay-green disease為題在Plant Biotechnology Journal上在線發(fā)表研究，利用多組學高通量測序解析了大豆“癥青”發(fā)生相關的細菌、真菌和病毒微生物組，發(fā)現(xiàn)“癥青”的發(fā)生與一種新型雙生病毒的侵染緊密相關，同時發(fā)現(xiàn)“癥青”發(fā)生伴隨著大豆籽粒微生物組豐度的升高和細菌菌群穩(wěn)態(tài)的失衡。

 

　　研究人員利用轉錄組和小RNA測序解析了大豆“癥青”相關的病毒微生物組，并在大豆“癥青”樣品中鑒定出了一種新型的重組雙生病毒——大豆“癥青”綜合征相關病毒（SbSGSV），該病毒不屬于已知的14個發(fā)表的雙生病毒屬，推測其可能由雙生病毒科的不同屬的病毒發(fā)生重組產(chǎn)生（圖1a-d）。研究人員進一步通過對該病毒進行普查，發(fā)現(xiàn)其在不同品種、采樣地點和年份的“癥青”大豆籽粒中都被檢測到，但存在一定程度的變異（圖1e-g），表明該雙生病毒是令大豆“癥青”發(fā)生的“真兇”。該結果與近期發(fā)表在Molecular Plant上的題為A new distinct geminivirus causes soybean stay-green disease的研究相互印證，表明大豆“癥青”病害的致病重要原因是由一種新型的重組病毒導致的。

 

　　為了破解大豆“癥青”的病因，除上述工作外，研究人員還解析了“癥青”關聯(lián)的大豆各個組織（包括根際、根、莖、葉、豆莢和籽粒）相關的細菌和真菌微生物組，發(fā)現(xiàn)與正常籽粒相比，“癥青”籽粒的細菌及真菌豐度顯著增加，細菌多樣性顯著降低（圖2a，b）。研究還發(fā)現(xiàn)“癥青”籽粒的細菌菌群穩(wěn)態(tài)失調(diào)，主要表現(xiàn)為革蘭氏陽性細菌（放線菌門和厚壁菌門）的豐度顯著降低，而革蘭氏陰性細菌（變形菌門和擬桿菌門）的豐度顯著升高（圖2c，d，f，g），但導致菌群穩(wěn)態(tài)失衡的細菌種屬在不同大豆品種中完全不一致（圖2e，h），表明其菌群穩(wěn)態(tài)失衡可能是大豆“癥青”發(fā)生的并發(fā)現(xiàn)象。研究人員進一步通過對小麥多種病害樣本相關的微生物組分析也發(fā)現(xiàn)菌群穩(wěn)態(tài)在植物病害中的重要作用（圖2f）?；谶@些研究結果，該研究提出菌群豐度增高和穩(wěn)態(tài)失衡是植物病害發(fā)生的普遍性現(xiàn)象。

 

　　該研究通過多組學聯(lián)動將微生物菌群失調(diào)和雙生病毒侵染與大豆“癥青”發(fā)生建立關聯(lián)，為農(nóng)作物病原的快速鑒定提供了范例，為大豆“癥青”的防治提供了重要的理論基礎。

 

　　該研究得到了中國博士后基金、國家自然科學基金等項目的資助。