植物微生物群可以补充宿主的功能，从而在不利条件下改善植物的生长和健康。因此，微生物组工程可能成为作物生产的变革性技术。微生物组基因（Microbiome gene，M基因），为塑造与植物相关的微生物群落提供了有价值的目标。
近期，Nature Communications发表了英国南安普顿大学Tomislav Cernava的评论文章“Coming of age for Microbiome gene breeding in plants”。文中，Tomislav Cernava通过分析相关的研究和实例，阐述了微生物组工程对作物生产的重要性，以及 M 基因在塑造植物相关微生物群落中的作用和价值。同时，还讨论了 M 基因育种的进一步考虑和实施策略等内容。
农业目前依赖高投入的农用化学品来维持作物生产，但这带来了环境污染和健康问题。同时，各种全球倡议旨在减少农用化学品的投入，但目前缺乏可行的策略来在不使用化学植物保护的情况下维持所需的作物生产。植物育种聚焦于抗性基因（R基因）和易感基因（S基因），被认为是开发不易受病原体影响的作物的有前途的解决方案，但这些方法，特别是基于R基因的方法，只能提供短期解决方案，因为多样且快速变异的病原体能够克服它们。此外，微生物组研究虽然有助于更好地理解植物健康和疾病，但引入的生物制剂在应用上存在很大限制，因为在某些田间条件下经常出现无效或低效的情况，其中与原生微生物群的竞争是一个不可预测的因素。因此，需要新的策略来解决这些问题，确保全球农作物的产量。
过去的研究表明植物可以通过其代谢物吸引特定的微生物，这为利用特定宿主遗传特征来塑造和维持具有理想功能的微生物群提供了新的选择。了解微生物组调节宿主基因可用于产生转基因植物，更重要的是筛选这些基因的自然变异，从而实现针对性的育种方法。这种方法有可能为植物提供长期保护以抵御植物病原体，同时双向优化植物-微生物相互作用，从而提高植物的生长或生产力。例如，特定的M基因单倍型可以显著丰富特定的微生物组成分，增强对病原体的保护；参与植物代谢物生物合成或调节的基因，如不同的木质素前体和香豆素类物质等，可影响植物微生物组，通过靶向植物育种优化这些化合物的产生，有望降低化学农药和肥料的全球使用。
图1 植物微生物组受到其宿主遗传因素的调控
M基因育种的基本基础已具备，可以将M基因活性筛选作为预育种方法的一部分，利用现有种质材料进行。同时，可以通过靶向方法进一步改进优良植物品种。在设计研究以识别新的M基因时，应考虑植物微生物组的独特特性。例如，对进行微生物组分析的植物，若它们来自相同位置和生长阶段，将有助于未来M基因的识别。此外，未充分利用的作物（孤儿作物）可能是研究植物及其微生物群协同进化关联的宝贵资源，但目前相关遗传资源稀缺。随着植物基因和微生物组成分之间的关联被更多地确定，这些发现应用于实际的可能性就越大。在植物微生物组研究中采用针对性的方法可以加快这一进程。如果 M 基因育种被证实是可行的，那么它将带来多方面的好处。一方面，它能够增强农业的可持续性，例如通过减少对化学农药和肥料的依赖，实现更加环保和可持续的农业生产方式。另一方面，它有助于保障全球粮食安全，通过提高作物的产量和质量，满足不断增长的人口对粮食的需求。
