利用人工智能研究植物微生物组——即生活在植物内外的微生物群落——被认为有助于改善土壤健康、提升作物产量并支持退化土地修复。不过，这类方法依赖大量可靠数据，而植物—微生物相互作用相关数据长期面临跨实验室难以稳定复现的挑战。

《PLOS Biology》近日发表的一项研究显示，劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）生物科学领域研究人员牵头的国际团队，评估了一种名为EcoFAB的小型塑料生长箱在提升实验可重复性方面的作用。研究团队在三个大陆的多家实验室开展相同的植物—微生物实验，并获得匹配结果。

论文第一作者、伯克利实验室环境基因组学与系统生物学（EGSB）部门研究科学家Vlastimil Novak表示，若要对微生物与植物关系进行有意义的预测，尤其是面向未来的人工智能模型，需要“干净、一致的数据集”，而EcoFAB可提供相应条件。

论文合著者、联合基因组研究所（JGI）植物功能基因组组负责人John Vogel称，该项目建立在对模式草本植物的长期研究投入之上，并利用JGI为短穗雀麦（Brachypodium）开发的资源，构建了一个可控制微生物组、环境乃至植物遗传学的系统。JGI为美国能源部科学办公室国家用户设施，位于伯克利实验室。

三大洲同步测试

EcoFAB由EGSB研究科学家Peter Andeer开发，外形接近外卖盒大小的透明装置，旨在让研究人员以受控方式种植植物。为开展跨地点对照实验，Novak及其同事向多家合作机构提供EcoFAB套件与详细操作协议，包括北卡罗来纳大学教堂山分校Jeff Dangl团队、德国马克斯·普朗克植物育种研究所Paul Schulze-Lefert团队、德国尤利希研究中心Borjana Arsova团队以及澳大利亚墨尔本大学Michelle Watt团队。

研究团队为各实验室提供相同的种子、两套微生物组合（分别含16种或17种微生物）以及具体操作步骤。Dangl指出，在农业中应用有益微生物并非简单“加入土壤”，微生物需要存活、在植物体内定殖，并与既有微生物群落协同；相关环试验有助于理解如何设计能在不同环境中稳定发挥作用的微生物组合。

研究也反映了跨国开展微生物组实验的后勤难度。Novak提到，跨境运输活微生物涉及大量文书与安全要求，且需要大量干冰保障运输条件。

尽管存在运输与操作挑战，各实验室仍完成了在EcoFAB中种植植物、接种微生物并将样本寄回伯克利实验室检测的流程。

关键差异菌株带来一致影响

研究比较了两种微生物群落对植物的影响：一组含16种细菌，另一组含17种，差异在于后者额外包含一种根系定殖能力较强的菌株Paraburkholderia sp. OAS925。

结果显示，在所有参与实验室中，只要该菌株存在，便会持续占据植物根部环境；同时，含该菌株的植物生长略小于不含该菌株的对照组。这一现象在三大洲实验室均清晰且可重复。

团队还分析了根系分泌物——植物根部释放、可被微生物利用的小分子物质，也被视为根与微生物之间的“化学语言”。研究人员借助专用仪器测量了数十种相关化合物，发现多数化学模式在不同实验室间一致。

研究同时记录到少数不稳定化合物（如多巴胺）在不同地点波动较大，且部分生长箱温度偏高或偏低，导致植物大小出现轻微差异。但研究结论认为，整体而言EcoFAB在全球范围内可产生稳定一致的实验结果。

尤利希研究中心合著者Borjana Arsova表示，EcoFAB的设计使研究人员能够在不同复杂度水平下监测多方相互作用伙伴；在可精确控制生长条件并跟踪发育过程的前提下，研究团队得以进一步拆解多向关系，并将相关知识用于农业改进。

可重复性与数据标准化

研究指出，植物微生物组在农业与环境中具有重要作用，合适的微生物可帮助植物抗病、适应贫瘠土壤并促进土壤有机质形成。但由于缺乏统一研究系统，不同实验室结果往往难以直接比较。

Watt表示，植物—微生物组效益向田间转化进展缓慢，一个原因是不同实验室结果差异较大；此次全球研究显示，EcoFAB有望缓解可重复性障碍。

EGSB高级科学家Trent Northen则指出，该研究首次提供了不同实验室间此类植物—微生物组实验的变异数据，这对整合多实验室数据、训练人工智能模型具有重要意义。

作为社区工具开放

研究团队介绍，EcoFAB 2.0可通过JGI社区科学计划以及用户科学协作整合设施（FICUS）获取，相关项目基于提案遴选。包含17种微生物的混合物可从德国微生物与细胞培养物收藏中心（DSMZ）订购，操作说明与配套解说视频可在线获取。

此外，新研究数据也通过国家微生物组数据协作平台免费提供，以便后续研究进行对比与基准参考。

后续计划

研究团队表示，下一步将把EcoFAB与机器人及先进传感器结合，推进自动化实验室系统“EcoBOT”，以持续产出高质量数据。研究的长期目标是设计可促进生物能源作物生长并改善土壤健康的有益微生物群落。

Schulze-Lefert表示，严谨科学要求在提出相同问题时获得一致结果；通过收集三大洲实验室数据，该研究显示植物微生物组研究实现可重复性具备可行性，并被视为开发面向现实农业应用的微生物益生菌的重要一步。