茶樹根際微生物分離培養(yǎng)/合成群落構(gòu)建 深入探討茶氨酸對(duì)茶葉品質(zhì)的影響

 

SynCom21提高茶樹銨態(tài)氮含量和茶氨酸含量模式圖

2024年2月15日，微基客戶團(tuán)隊(duì)在Current Biology上發(fā)表研究論文：Root microbiota of tea plants regulate nitrogen homeostasis and theanine synthesis to influence tea quality。該研究通過對(duì)高茶氨酸含量的茶樹品種秋季根部微生物進(jìn)行分離純化，并模擬高茶氨酸品種根部微生物種群構(gòu)建人工合成菌群SynCom21，發(fā)現(xiàn)SynCom21不僅提高茶樹對(duì)銨態(tài)氮的吸收，還可提高茶氨酸的含量。

 

微基生物科技（上海）有限公司協(xié)助參與了根際微生物的分離純化這部分工作。

RG根細(xì)菌合成群落(SynCom)的構(gòu)建

為了從RG根中分離細(xì)菌，將勻漿稀釋，并在幾種細(xì)菌生長培養(yǎng)基上進(jìn)行分離。分離采用菌落采摘和極限稀釋兩種方法。菌落采摘時(shí)，將稀釋后的細(xì)胞懸液鍍?cè)诠袒囵B(yǎng)基上孵育。在孵育最多兩周后，選擇少于20個(gè)菌落形成單位(cfu)的平板。為了限制稀釋，從每個(gè)根池中取勻漿的根沉淀，稀釋上清并分布在96孔微滴板中。從培養(yǎng)的細(xì)菌中鑒定出的每個(gè)獨(dú)特的操作分類單位(OTU)的分離株在各自的固體培養(yǎng)基上連續(xù)鍍?nèi)渭兓?，然后將單個(gè)菌落接種于液體培養(yǎng)基中。結(jié)合16S高通量測序，確定所有細(xì)菌16S rRNA基因的V1-V9序列。提取分離株DNA作進(jìn)一步分析。

從94個(gè)分離菌株中挑選出21株不同的菌株進(jìn)行合成菌群構(gòu)建，這些菌株以最大限度地提高SynCom的多樣性，同時(shí)保持其16SrRNA基因序列的明顯差異，從而使鑒定更加容易和明確。

將21株SynCom成員菌株在96孔深孔板中培養(yǎng)。

94株肉桂根分離菌株的系統(tǒng)發(fā)育和功能分析

（A）該圖說明了肉桂根分離株(n=94)之間的分類重疊，以及它們?cè)诜桥囵B(yǎng)物依賴性微生物群譜研究中的代表性。肉桂根細(xì)菌的系統(tǒng)發(fā)育樹顯示了最外環(huán)的分類重疊，用藍(lán)色三角形表示。

（B）系統(tǒng)發(fā)育樹顯示了細(xì)菌分離物的家族水平聚類。樹梢標(biāo)有分類學(xué)分類。熱圖顯示了每個(gè)聚類中屬于不同功能類別的注釋蛋白質(zhì)的平均百分比。

與MX根相比，RG根在秋季表現(xiàn)出更豐富的與氨合成相關(guān)的微生物。秋季RG根部的這些氨態(tài)氮代謝微生物可能在茶氨酸的合成中起著至關(guān)重要的作用。為了進(jìn)一步研究根微生物的氮代謝功能，分離純化了RG根微生物。

消除重復(fù)菌株后，總共共獲得94株純化菌株，隸屬于23個(gè)科。進(jìn)行了FastTree41 v. 2.1分析，揭示了它們的進(jìn)化關(guān)系，并將其分為14個(gè)門，6個(gè)分支。大多數(shù)菌株屬于變形菌門，而其他門如放線菌門、厚壁菌門、綠藻門和藻門形成了額外的不同分支(圖a)。

這些菌株表現(xiàn)出不同的代謝功能，包括碳水化合物和氨基酸代謝、輔因子和維生素代謝、能量代謝、膜運(yùn)輸、細(xì)胞通訊以及外源化合物的降解和代謝，突出了這些微生物的功能多樣性(圖b)。

然后將分離的94個(gè)菌株與16S rRNA測序鑒定的秋季RG根中的前100個(gè)微生物進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，分離的菌株占科水平微生物前100 OTUs的43%。這表明從RG根部分離和純化的微生物群能夠在分類水平、功能和復(fù)雜性方面模仿其原始狀態(tài)。

根據(jù)秋季RG的微生物群落結(jié)構(gòu)，建立了由21個(gè)細(xì)菌菌株組成的合成群落，SynCom21是從94個(gè)微生物菌株中集合重建的。SynCom微生物群由12個(gè)微生物家族組成，分別來自變形菌門和放線菌門這兩個(gè)門，有效地模擬了秋季RG根部觀察到的微生物群落結(jié)構(gòu)。

從高茶氨酸品種RG中分離根微生物和引進(jìn)SynCom為減少肥料施用、改善土壤性質(zhì)和利用根微生物來提高茶葉品質(zhì)和營養(yǎng)吸收提供了證據(jù)。

 

研究單位

福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院和海峽聯(lián)合研究院合成生物學(xué)研究中心（合成中心）、武夷學(xué)院生態(tài)與資源工程學(xué)院辛偉博士為該論文第一作者。福建農(nóng)林大學(xué)合成中心徐通達(dá)教授、唐文鑫副教授和福建農(nóng)林大學(xué)[現(xiàn)深圳理工大學(xué)（籌）合成生物學(xué)院，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院全國定量合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室]楊貞標(biāo)教授為該論文的共同通訊作者。武夷學(xué)院張見明高級(jí)農(nóng)藝師、福建農(nóng)林大學(xué)大數(shù)據(jù)中心余永東老師、合成中心田云鶴博士、李豪博士等為參與作者。福建農(nóng)林大學(xué)合成中心熊延教授和劉巖林教授為本研究提供了重要幫助。

文章鏈接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0960982224000794

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