摘要：马铃薯活力（Potato vigour），即种薯的生长潜力，是一种关键的农艺性状，其表现因遗传背景和环境条件等因素在不同生产田块间存在显著差异。尽管种薯微生物组被认为能够影响植物健康和作物表现，但微生物组组成与马铃薯活力之间的具体关系尚不明确。

转自" 植物微生物组"

马铃薯活力（Potato vigour），即种薯的生长潜力，是一种关键的农艺性状，其表现因遗传背景和环境条件等因素在不同生产田块间存在显著差异。尽管种薯微生物组被认为能够影响植物健康和作物表现，但微生物组组成与马铃薯活力之间的具体关系尚不明确。

2024年12月，Nature Microbiology 发表了题为Seed tuber microbiome can predict growth potential of potato varieties 的研究论文。研究对240个田块中6个马铃薯品种的种薯芽眼和块茎基部微生物组进行了测序分析。随后，通过下一季在三个试验田块中利用时间分辨的无人机影像技术追踪作物发育情况，研究将微生物组组成与马铃薯活力联系起来。基于不同分类学分辨率的微生物组数据，我们构建了随机森林预测模型，发现以扩增子序列变体（ASVs）为基础的数据在预测马铃薯活力方面表现出最高的准确性。模型揭示了种薯微生物组与下一季作物活力之间具有品种特异性的关系。在独立试验田块中，模型对表现最佳的品种的活力预测的决定系数（R²）值达到0.69，并成功预测了未包含在分析中的田块种薯的活力。此外，模型确定了与活力相关的关键微生物指标，其中链霉菌（Streptomyces）、不动杆菌（Acinetobacter）以及纤维胞菌（Cellvibrio）的扩增子序列变体对模型的准确性贡献最大。本研究表明，基于种薯芽眼相关微生物群落可以可靠预测马铃薯活力，这为未来基于微生物组信息的育种策略提供了潜在指导。

生产田块对种薯活力的影响

图1：来自6个品种和180个生产田块的马铃薯植株冠层发育的变异

土壤因素和植物基因型影响块茎微生物组

图2：种薯芽眼区域微生物组的群落组成分析a–f，基于Bray–Curtis距离的细菌和真菌微生物组主坐标分析（PCoA）排序图，按土壤类型（a、d）、品种（b、e）和年份（c、f）着色，图例中标注了颜色分类信息

基于微生物组的种薯活力预测

图3：基于种薯芽眼微生物组数据在不同分类级别及HFE特征下训练的随机森林（RF）模型性能

基于PMI模型的实际应用

图4：跨年份和同年份测试集上的模型性能分析（涵盖所有品种） a,b，模型在同年份测试集（a）和跨年份测试集（b）上的表现，覆盖所有品种及单个品种。散点图显示了预测马铃薯活力（x轴）与观测活力（y轴）之间的Spearman相关性。

模型在不同马铃薯品种中的性能差异

图5：模型在同年份和跨年份测试集上对不同品种的表现 a，模型在同年份测试集上针对不同品种的表现。b，模型在跨年份测试集上针对不同品种的表现。

马铃薯活力的关键微生物预测因子

图6：PMI预测模型选出的对马铃薯活力预测最重要的微生物a，每个ASV对PMI模型准确性的平均贡献。b，气泡图显示了对活力预测贡献最高的5%微生物的系统发育组成。c，前3个贡献最大的ASVs的相对丰度与马铃薯活力的Spearman相关性。

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来源：微生物组