馴化對小麥根系菌群的影響

馴化（domestication）這種事，人類在一兩萬年前就在做了；但是馴化對生物與環境的影響，卻是這些年才越來越清楚。關於馴化對植物本身的影響，可以參考最近的這兩篇文章：「農業革命的根源：探索作物馴化的科學和影響」以及「穿越千年的食物之旅：從馴化到全球化」。

之前介紹了馴化對大麥與水稻根部菌群的影響，今天再分享馴化對小麥根系菌群的影響。

研究團隊使用了 44 種四倍體小麥品系，包括 22 種野生二粒小麥 (Triticum turgidum ssp. dicoccoides) 和 22 種馴化的二粒小麥 (Triticum turgidum ssp. dicoccon)。這些品系來自國際小麥基因組測序聯盟 (IWGSC)。他們又從這些二粒小麥中挑選了 6 個代表性品系，分別來自不同地區的三種馴化小麥和三種野生小麥，其中馴化小麥來自西班牙、墨西哥、哈薩克，野生小麥來自土耳其、敘利亞、約旦。

二粒麥的麥穗。圖片取自維基百科

至於為什麼選取二粒麥（emmer）而不是麵包小麥，論文中並沒有說明。

他們分析了這些二粒小麥的根系菌群，結果發現馴化小麥的根際微生物群主要由變形菌門 (Proteobacteria)、擬桿菌門 (Bacteroidetes) 和放線菌門 (Actinobacteria)組成；而野生小麥的根際微生物群主要由子囊菌門 (Ascomycota) 和擔子菌門 (Basidiomycota)組成。這些結果意味著，馴化小麥的根際微生物群落主要由細菌組成，而野生小麥的根際微生物群落則主要由真菌組成。馴化導致微生物網路穩定性下降，從緩慢生長、以真菌為主的群落轉變為快速生長、以細菌為主的群落，導致根系微生物體的功能從富含固碳基因轉變為富含碳降解基因。

為什麼會有這麼大的不同呢？於是研究團隊分析了這些小麥的根系分泌物。他們發現，野生小麥的根系分泌物以油醯胺 (Oleamide)、芹菜素 (Apiin) 和黃嘌呤 (Xanthine) 等代謝物含量較高；而馴化小麥的根系分泌物則以蘋果酸 (Malic acid)、左旋多巴色素 (Leucodopachrome) 和波斯汀 (Postin) 等代謝物含量較高。

另外，他們也發現馴化的小麥根際微生物群落富集了與「信號轉導」途徑相關的 MCP 基因（methyl-accepting chemotaxis proteins），可能與有益細菌的累積有關。野生小麥的根際微生物群落則具有更高的功能多樣性，有利於植物的多種養分循環。

總而言之，馴化植物透過釋放具有不同的根系分泌物，對根際微生物群的組成和功能適應性產生強烈的直接選擇壓力。根系分泌物的不同功能作用塑造了根際微生物群，並決定了根部形態特徵。這些發現有助於了解植物馴化過程中根際微生物群落的物種共存和功能適應，也能更進一步了解作物馴化對周遭環境產生的影響。

參考文獻：

Yue, H., Yue, W., Jiao, S., Kim, H., Lee, Y., Wei, G., Song, W., & Shu, D. (2023). Plant domestication shapes rhizosphere microbiome assembly and metabolic functions. Microbiome, 11(1), 1–19.