犹他州立大学 犹他州立大学的生物工程研究人员正试图了解他们如何在不利的农业条件下利用植物微生物群的优势
信用:马特詹森 农业面临诸多挑战——气候变化引发的干旱、可耕地减少、水质下降等等——解决办法之一是开发更智能的肥料
这种肥料的目的不仅在于滋养植物，还在于最大限度地发挥土壤细菌对植物的积极作用
挖掘植物的微生物群可能是农作物茁壮成长所需的额外防御层
在他们12月16日发表的研究中
在《自然科学报告》中，犹他州立大学的研究人员分析了两种非生物压力对绿萝卜假单胞菌O6 (PcO6)的影响，这是一种健康促进细菌，原产于犹他州北部旱地小麦的根部
他们发现，压力会导致细菌细胞外结构的成分变化，这种细胞外结构被称为外膜小泡，或称为OMV
科学家们早就知道细菌细胞会释放OMV，但这项研究询问是什么因素促使它们释放，以及如何利用这些结构的无数功能来造福作物
这项研究的关键是理解细菌并不总是有害的
“人们更加重视所谓的‘微生物革命’，你知道，你现在身上携带了四磅细菌，这并不全是坏事；事实上，这基本上都是好的，”犹他州生物工程教授大卫·布里特说
“植物也有一个微生物组，或‘第二基因组’，试图理解微生物组如何与环境及其植物宿主相互作用是非常重要的
" 生物工程副教授伊丽莎白·瓦吉斯提出了本研究中使用的拉曼光谱方法
信用:马特詹森 生物工程教授大卫·布里特研究纳米粒子与有益微生物和植物的相互作用，用于农业应用
信用:马特詹森 这项研究的另一个关键是理解压力可能是好的
例如，这里研究的细菌通过在其根部形成一层膜来保护小麦免受干旱
但是通过引入微量元素，这些益处可以得到加强
“一点点压力是必要的，”布里特说
“你实际上可以让整个系统在干旱的情况下做得更好
" 对研究结果同样重要的是研究中使用的仪器和算法
这是研究人员第一次使用拉曼光谱来研究来自根定居细菌的微生物标记物
“我们本可以做很多昂贵的实验来找出我们感兴趣的所有这些不同的东西，”俄勒冈州立大学生物工程副教授伊丽莎白·瓦吉斯说
瓦吉斯解释说，相反，使用拉曼光谱结合机器学习算法使他们能够识别细菌在缓解这些微生物指标和其中依赖于压力的成分变化时所经历的压力类型
这些观察到的变化对细胞与细胞之间的交流和细菌与植物之间的交流有影响，这对于更好地理解微生物群至关重要
这项研究得到了美国国家科学基金会、犹他州立大学农业实验站和美国农业部国家食品和农业研究所的部分支持，但是它的影响超出了农业
由机器学习算法支持的拉曼光谱是一个强大的工具，可以用于任何生物研究
“在我们能够通过其他方法检测到癌症之前，你体内的癌细胞会释放细胞外小泡，”布里特说
“这是一种非常敏感的技术
"
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