Multifeature analysis of age‐related microbiome structures reveals defense mechanisms of Populus tomentosa trees

放线菌门 生物 类黄酮生物合成 微生物群 根际 植物 代谢组 寄主(生物学) 转录组 基因 代谢组学 遗传学 细菌 基因表达 16S核糖体RNA 生物信息学
作者
Jianbo Xie,Yuchao Ma,Xian Li,Jiadong Wu,Francis Martin,Deqiang Zhang
出处
期刊:New Phytologist [Wiley]
卷期号:238 (4): 1636-1650 被引量:33
标识
DOI:10.1111/nph.18847
摘要

Root microbiota composition shifts during the development of most annual plants. Although some perennial plants can live for centuries, the host-microbiome partnerships and interaction mechanisms underlying their longevity remain unclear. To address this gap, we investigated age-related changes in the root metabolites, transcriptomes, and microbiome compositions of 1- to 35-yr-old Populus tomentosa trees. Ten co-response clusters were obtained according to their accumulation patterns, and members of each cluster displayed a uniform and clear pattern of abundance. Multi-omics network analysis demonstrated that the increased abundance of Actinobacteria with tree age was strongly associated with the flavonoid biosynthesis. Using genetic approaches, we demonstrate that the flavonoid biosynthesis regulator gene Transparent Testa 8 is associated with the recruitment of flavonoid-associated Actinobacteria. Further inoculation experiments of Actinobacteria isolates indicated that their colonization could significantly improve the host's phenotype. Site-directed mutagenesis revealed that the hyBl gene cluster, involved in biosynthesis of an aminocyclitol hygromycin B analog in Streptomyces isolate bj1, is associated with disease suppression. We hypothesize that interactions between perennial plants and soil microorganisms lead to gradual enrichment of a subset of microorganisms that may harbor a wealth of currently unknown functional traits.
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