植物微生物组，又被称为植物第二套基因组，在植物生长、养分高效利用以及应对胁迫反应过程中发挥非常重要的功能。遗传效应是决定植物微生物组形成和功能的关键因素之一。F1代杂交农作物品种，因其具有高产、养分高效利用及抗病等多种杂种优势而广泛种植。F1代杂种是由两个纯合亲本进行杂交的第一代杂交种，其遗传背景是杂合的。目前，尚不清楚F1杂交种与亲本在微生物组组成和功能上有什么差异，F1代杂交种微生物组与亲本微生物组相比是否具有如产量等生物性状一样的杂种优势。
JIPB近日在线发表了中科院微生物研究所颜永胜课题组题为“Heterosis in root microbiota inhibits growth of soil-borne fungal pathogens in hybrid rice”（https://doi.org/10.1111/jipb.13416）的研究论文。该研究发现杂交稻形成了与亲本显著不同的根系微生物组，某些杂交稻品系的根系微生物组在组成和功能上具有典型的超亲优势特征，且杂交稻根系微生物组杂种优势可从杂交稻传递至与其混栽的常规稻，促进常规稻性状的提升。
图1. 杂交稻LYP9根系微生物组具有广谱抗病杂种优势
颜永胜课题组通过扩增子测序分析、微生物高通量培养、合成菌群功能鉴定和作用机制解析，对三组杂交稻和它们亲本的根系细菌及真菌微生物组开展研究。发现杂交稻LYP9的细菌及真菌微生物组结构存在显著的超亲优势特征。功能预测表明LYP9根系微生物组在氮、硫、铁等营养利用和减少病原真菌积累等方面显著优于亲本。进一步的人工合成群落功能实验证实LYP9根系来源的细菌群落可显著缓解多种病原真菌对水稻生长的抑制，而它的亲本群落并不具备相应功能。对菌群作用机制的研究发现，LYP9根系来源的合成菌群的菌株有功能叠加效应，通过激活寄主活性氧代谢、生长素合成及转运、细胞壁合成等途径，保护水稻免受病原真菌的危害。有趣的是，LYP9根系微生物组的抗性杂种优势可在混栽植株间传递，提升混栽水稻品种根系微生物组的保护效应。因此该研究揭示了杂交稻根微生物组抗性杂种优势的功能和机制，为杂交稻新品种的培育及田间栽培提供新的视角。
颜永胜课题组近年来在氮素营养调控水稻生长和抗病研究中取得了一系列进展，阐明了铵抑制水稻根伸长（Jiao et al., 2020）和提高水稻抗病毒（Wang et al., 2020; 2022）的分子机制。这篇论文揭示了杂交稻根系微生物组具有广谱抗病的杂种优势。
工程师张梦婷为论文第一作者，颜永胜研究员为通讯作者。中科院微生物所方荣祥院士、张杰研究员和湖南杂交水稻研究中心赵炳然研究员也参与了该项研究工作。该研究得到了中科院先导专项以及国家自然科学基金的支持。
