在生命科学中，探究生物性状与遗传因素的关系至关重要。传统全基因组关联分析（GWAS）已揭示复杂性状的遗传基础，而表型性状并不是仅由基因型决定的，也会受到宿主本身微生物环境的影响。近年来，宿主对其微生物组的调控机制是植物-微生物组领域的研究热点之一。宿主基因（转运蛋白）-代谢物（分泌物）-功能微生物组的级联调控效应是植物微生物组相关研究的热点思路与方向。因此，将全基因组重测序与性状关联GWAS扩展至微生物组领域，微生物-GWAS已经成为植物口跨领域研究的新方向。
1.微生物-全基因组关联分析（mGWAS）
2024年浙江大学王蒙岑教授团队在Nature Plants 的评述将塑造植物微生物组基因统称为”M基因”。广义上讲，利用M基因的作物品种自然富含功能性微生物类群，可以为育种所需特性的培育开辟新途径。在抗病育种的背景下，M基因既能丰富抑病微生物群，又能直接产生抑病效应。
2024年南农大荀卫兵基于植物-微生物组共生体在New Phytologist发表观点综述，以根际微生物组的分类利用为导向，根据装配的主要驱动因素微生物组分为由土壤性质决定的根际可变微生物组和由植物基因决定的根际可遗传微生物组。
微生物全基因组关联分析（Microbial GWAS，mGWAS）是以微生物群落的数据作为表型，与基因组SNP数据进行关联分析，用于研究微生物与宿主遗传变异之间关联的一种方法。该分析帮助研究人员更好地理解宿主和微生物以及表型性状之间的相互作用，以及遗传因素对微生物群落的影响。目前mGWAS已广泛应用于植物、动物宿主-菌群互作研究。
2.研究技术路线
3.凌恩生物项目优势与创新点
01.多组学整合分析平台：采用”宿主WGS+宏基因组” 多维数据整合策略，全面解析宿主—微生物互作关系。
02.单核苷酸多态性（SNP）关联分析：可以精准定位到宿主基因组中与微生物相关的特定遗传位点。
03.构建复杂关联网络：基于大量的关联分析结果，构建宿主基因与微生物群落之间的复杂关联网络。
接下来，小编为大家分享几篇植物口领域mGWAS研究的相关案例，一起来看一下高分文章如何跨领域破局！
案例一
玉米与根际有益微生物互作的遗传调控及环境适应性研究[3]
期刊：Nature Plants
影响因子：13.6
样本类型：129份玉米种质、土壤样本
分析项目：基因分型、二代16S rRNA扩增子、二代ITS扩增子、靶向代谢组
本研究129个玉米品种在不同胁迫条件下的3168份根和根际微生物组样本展开，通过微生物组全基因组关联分析（mGWAS）发现了与根际微生物组丰度和环境相关的宿主遗传变异。研究结果表明，在对照实验中，鉴定了一个候选基因的转座子插入，该基因与关键细菌Massilia的丰度和环境中的土壤总氮含量有关。单独接种Massilia可促进根系发育、整株生物量生产及对低氮的适应，表明本地适应的玉米品种对根和根际微生物组存在遗传控制模式，与耐受主要胁迫的作用一致。
案例二
水稻叶片上微生物组的稳态受木质素生物合成前体分子的调节[4]
期刊：Nature Communications
影响因子：15.7
样本类型：110个水稻品种的叶际样本
分析项目：宏基因组、二代16S rRNA 扩增子、靶向代谢组、GWAS分析
本研究对110 份水稻品种叶际微生物组进行宏基因组，结合mGWAS分析，将细菌丰度与水稻基因组中的单核苷酸多态性 (SNP) 联系起来。结果发现水稻基因型与假单胞菌目、伯克霍尔德氏菌目、肠杆菌目和黄单胞菌目等细菌类群密切相关。其中苯丙氨酸解氨酶OsPAL02基因通过合成4 -羟基肉桂酸（4-HCA），也称为对香豆酸，是木质素生物合成的前体，是水稻叶际微生物组的组装和稳态所必需的，能够促进假单胞菌目富集，其缺失会导致群落失调并增加水稻感病性，从而揭示了植物代谢物驱动叶际微生物组组装的机制。
案例三
识别塑造大麦根际微生物群组成的植物基因[5]
期刊：Nature Communications
影响因子：15.7
样本类型：52 个大麦样本
分析项目：二代16S rRNA扩增子、二代ITS扩增子、QTL 定位、RNA-Seq
本研究利用野生和栽培大麦基因型的分离群体，结合扩增子和QTL分析，发现染色体3H上的一个主要位点QRMC-3HS显著影响根际细菌群落的组成，对真菌微生物群落组成没有显著影响。通过 RNA-seq 分析，在 QRMC-3HS 区域鉴定出三个候选基因，包括一个位于基因组结构变异区的 NLR 基因、一个功能未知基因和一个 XTH 酶基因，这些发现为理解作物改良对植物塑造根际微生物能力的影响提供了见解。
案例四
此外，2025年，白洋团队于《Cell》发表了全球首个作物根际“细菌+病毒”基因组数据库。
植物根际是招募周围土壤中各种微生物的核心区域。该研究结合多种作物的根际可培养细菌基因组与宏基因组数据，构建了作物根际细菌基因组数据库（CRBC）和病毒基因组数据库（CRVC）。该数据库包含6699个根际细菌基因组，其中有4618个来自分离培养的细菌株，2081个来自宏基因组拼接获得的未培养细菌基因组。CRBC涵盖了2318个物种，是公共数据库中作物根际细菌基因组物种数的2.8倍，并将公共可用的作物根际细菌系统发育多样性增加了290.6%。
该数据库的公开，让作物根际微生物组研究的维度更广，即原核生物+噬菌体/病毒，为“植物-微生物”互作研究提供更广、更丰度的视角。挖啊挖啊挖！根际微生物中挖出一篇Cell
参考文献
[1]Disease resistance through M genes.Nature Communications.2024.
[2]Dissection of rhizosphere microbiome and exploiting strategies for sustainable agriculture.New Phytologist.2024.
[3]Heritable microbiome variation is correlated with source environment in locally adapted maize varieties.Nature Plants.2024.
[4]Microbiome homeostasis on rice leaves is regulated by a precursor molecule of lignin biosynthesis.Nature Communications.2024.
[5]Identifying plant genes shaping microbiota composition in the barley rhizosphere.Nature Communications.2022.
[6]Crop root bacterial and viral genomes reveal unexplored species and microbiome patterns.Cell.2025.