南昌大学丁霞团队解析稻属野生稻与栽培稻微生物组生态进化及促生作用 | Microbiome

2026年3月，南昌大学丁霞团队在国际期刊 Microbiome 发表了题为Microbiome ecoevolution of cultivated and wild rice species across the genus Oryza and its importance in supporting rice growth的研究论文。

研究背景

水稻是全球半数以上人口的主粮，稻属包含25种野生稻和2种栽培稻，历经约 1500 万年演化，形成多样的基因组型与染色体倍性。野生稻是优良农艺性状的基因库，但栽培稻在驯化过程中丢失了大量遗传和微生物多样性，以及大量优良性状。野生稻作为重要遗传资源对可持续农业至关重要，然而其共生微生物组的生态进化规律、宿主演化、多倍化与驯化如何塑造水稻微生物组，以及野生稻微生物在栽培稻中的应用价值尚未明确。

研究方法

研究以17种野生稻和1种栽培稻为材料，在控制条件下开展实验，涵盖稻属约1500万年的进化历程。通过16SrRNA和ITS基因测序分析根、茎、叶的细菌和真菌群落结构；利用PCoA、中性群落模型等解析微生物组组装的驱动过程；通过系统发育分析验证宿主与微生物的共进化关系；筛选野生稻核心微生物和固氮功能菌株构建SynCom，结合盆栽实验验证其对栽培稻的促生效果；同时开展宏基因组测序、菌群共培养等实验，探究核心菌群的营养策略和关键成员功能。

核心结果 

本研究以17 种野生稻 和1 种栽培稻（覆盖稻属约1500 万年进化历程）为材料，系统解析根微生物组生态进化规律：宿主分化时间是调控根微生物组结构的首要驱动因子（影响强于多倍化和生活史），且对细菌的塑造作用显著强于真菌（图1）；细菌群落与宿主呈现显著系统共生，真菌则无此模式，进化过程中细菌多样性降低、系统发育聚集增强（图2）；细菌组装由确定性与随机过程共同驱动，真菌组装以随机过程为主（贡献 95.9%）；共分化细菌比真菌更精准预测水稻粒重，核心细菌是主要贡献者；基于野生稻核心微生物与固氮菌株构建的合成群落（SynCom）可显著促进水稻生长，移除关键成员会大幅削弱促生效果。该研究明确稻 - 细菌的系统共生关系，证实野生稻共生微生物组对栽培稻生长的重要支撑作用。 

图 1 不同宿主物种的根系微生物组 α 与 β 多样性（原文Fig. 2）

图 2 根系微生物组的系统共生信号与系统发育结构评估（原文Fig. 3）

研究结论

稻属与根系细菌存在显著的共系统发育模式，细菌与水稻农艺性状的功能关联比真菌更紧密，这源于二者的长期共进化。宿主分化时间是塑造稻属根系微生物组的核心因素，驯化作为快速筛选压力，对微生物组的影响甚至超过稻属深层进化分歧。野生稻核心微生物组经自然选择形成了协同互作的功能体系，其合成菌群可有效弥补栽培稻丢失的有益微生物功能，为利用微生物组技术提升水稻养分利用效率、实现可持续农业提供了新的思路和资源。