虽然这朵花可能会吸引蜜蜂和路人的眼睛，但它却是地下生活中看不见的复杂网络。栖息在根际和内生的微生物群落或微生物群 - 植物根部周围和内部的生态位 - 促进营养物和信息穿梭进出土壤基质中的根部。通过使植物适应其直接环境，这种商业活动有助于植物健康和生长，防御害虫，碳的管理和其他富集土壤的元素，甚至可以提供植物隔离污染物的能力。这些地下微生物活动并没有像人们在人体内部和表面上表征微生物种群的作用那样得到关注，最近出版的“ 自然 ” 杂志。由美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)和北卡罗来纳大学(UNC)教堂山的研究人员带领，该研究于2012年8月2日发表，揭示了推动这种“植物”地下形成的机制。微生物组“以及植物如何影响根际微生物群的存在，反之亦然。

“了解指导根微生物组形成的规则可能会对农业的成功和我们对碳循环的理解做出重大贡献，”资深作者Jeff Dangl，霍华德休斯医学研究所(HHMI)调查员和UNC的John N. Couch说。生物学教授。“科学长期以来一直着迷于植物与微生物之间的关系，从致病性到互惠互利。根据我们的结果，我们正在为这个复杂的景观添加新的细节。“

该团队还包括德国不来梅大学，康奈尔大学和澳大利亚昆士兰大学的研究人员，他们能够确定许多微生物参与者的身份，从而可以推断出他们的代谢作用，以及当他们被迫服务。

“我们的研究为宿主植物和土壤微生物如何塑造共有的微生物组提供了更深入，更精细的指示 - 我们定义了可重复吸引植物根系的微生物类群，以及植物允许渗透到根部的微生物类群，可能是交换营养或其他好处，“Dangl说。

该团队的方法将Dangl实验室强大的实验设计与DOE JGI深层基因组测序和复杂微生物群落分析的强大功能相结合。共同作者，DOE JGI的Metagenome计划负责人Susannah Tringe说，微生物组可以被视为植物基因组的延伸。“根际是一个相互依赖的动态微观世界。在我们了解其相关微生物组的功能能力和控制组装的驱动因素之前，我们无法真正了解植物基因组的全部功能。与微生物在我们自己身体内部和周围发挥关键作用的方式一样，我们也在植物基因组学中采用与宿主相关的宏基因组学概念，因为它最终将导致预测性干预，从而提高植物健康和生产力，

为了获得陆地的位置，研究人员对内生菌 - 植物根系中存在的微生物 - 以及土壤根系界面和周围土壤中的微生物进行了严格的评估。研究小组认为，研究结果可以促进基于社区的植物益生菌策略的制定。例如，代替喷洒杀虫剂或肥料处理，可以向农民建议哪种微生物物种以及其比例最好地提高特定土壤类​​型中感兴趣的作物植物的生产力。

雄心勃勃的实验针对来自600多种拟南芥植物的微生物群落。植物界的这种微小的，杂草的，所谓的“实验室老鼠”是第一个对其进行基因组测序的植物，并且在实验室中快速且容易地生长。植物在两种不同的土壤类型中生长，然后从盆中取出完整的植物根系并摇动以除去非根际土壤。然后将根际土壤洗掉并收集，最后将根本身冷冻并研磨以进入内部深处的微生物。然后研究人员从这三个区域 - 土壤，根际和内生菌 - 中分离出DNA，并观察了16S rRNA基因，这是一种可以帮助区分微生物物种的诊断标签。在一次计算之旅中研究人员通过大量的土壤，根 - 土界面和根 - 细胞室 - 大量的序列数据筛选了超过1,200个样本，构成了大约20亿个高质量DNA代码的基础 - 通过开发一个系统模型来组装这个难题。使团队能够量化每个变量对社区组成的贡献。

研究人员开始假设植物根系通过其物理结构和分子的释放，创造出一种在化学和微生物学上与其生长的土壤不同的局部环境。

“我们发现微生物内生菌群落比根际群落更依赖于个体寄主植物'基因型'，”Dangl说。“几种微生物在根部和根部比在土壤中更常见，这表明可重复的定植和潜在的共生。我们还证实了所有根际和内生区室的预期结果，无论土壤类型或基因型如何，都组成了一个与土壤不同的微生物群落。我们的研究结果表明，土壤细菌群体的一部分通常通过植物发出的生物物理和/或生物化学信号在根际样本中富集。

研究小组还发现土壤中常见的一些细菌在根细胞内被耗尽，这表明这些微生物要么被植物的免疫系统主动门控，要么被更成功的根细胞定殖者所击败。

“我们观察到的微生物平衡行为表明了一系列核心生态学原理，这些原理塑造了拟南芥根微生物群，”Dangl说。“我们看到一系列不同的微生物代表不同的门提供广泛的代谢潜力，而某一子集依赖于植物的特定基因型，并用于个性化宏基因组。”

“这开启了一扇宽阔的大门，通过它我们将确定微生物组的功能能力，以及可能促成微生物关联表型的宿主基因 - 主要农艺学兴趣的基因。”Tringe说。“居住在这个利基市场的微生物群既可以受益，又可以破坏植物的健康。改变这种平衡会影响作物的成功。例如，一些微生物可能为植物提供营养和激素，可以改善植物生长，抑制害虫，增加对干旱等胁迫的抵抗力，而其他微生物可能是隐秘的病原体。

根际宏基因组学的努力一直在整个植物和微生物研究界获得关注和支持。佐治亚大学的教授杰夫·贝内岑(Jeff Bennetzen)表示同意，他的实验室研究了木质纤维素生物燃料生产的宏基因组学等相关主题。“这项工作是一个巨大的和令人兴奋的创业第一步进入未知领域是什么的基因存在于决定接近自己的根微生物种群的状态主机的基因组。”

根际项目源自2008年国家科学院国家研究委员会题为“国家植物基因组计划的成果[NPGI]和植物生物学新视野”的研究报告。该出版物指出“基因组序列是用于植物基因组科学中心的功能，进化和转化工具开发的原材料，“并且，”与植物相关的宏基因组学的类似大规模投资是合理的，因为植物相关微生物群落的多样性及其对植物生产力...... [f]或例如，与候选多年生生物燃料作物相关的微生物群落。“该研究还承认，”能源部联合基因组研究所(JGI)在为NPGI服务方面发挥的独特作用至关重要“。

该团队目前正在进行一项更大规模的长期研究，由HHMI，Gordon和Betty Moore基金会，国家科学基金会和DOE科学办公室支持，以确定三个重要模型植物的根相关微生物组物种遍布各种地理位置和生态条件。