为了养活不断增长的全球人口，科学家们呼吁在未来40年内将粮食产量翻一番。基因改造似乎是快速提高植物生长和作物产量关键特性的最佳方法。然而，来自不同实验室的新发现表明，真菌、细菌和病毒可能成为提高农业生产力的令人兴奋的替代方案。
科学家们早就知道微生物可以与植物共生。例如，菌根真菌与90%的陆地植物有关，它们从根部延伸出来，带来水分和矿物质，以换取植物碳水化合物。但最近人们在植物细胞本身中发现了微生物，它们似乎赋予植物益处，例如更有效的光合作用和更强的从空气中固氮的能力。事实上，美国农业部霍尔纳达实验牧场（位于新墨西哥州拉斯克鲁塞斯）的生物学家玛丽·E·卢塞罗认为，植物会积极招募这些微生物，而不是仅仅被动地成为它们的宿主。
在实验室中，卢塞罗通过将四翅盐灌木中的真菌转移到羊草（对放牧牛很重要）中，帮助实现了这种招募。她推测，注入真菌的草长得更大，产生更多的种子，可能是通过改善养分吸收和水分利用。卢塞罗还指出，利用微生物帮助捕获氮可以减少对化学肥料的需求。她评论说：“用有益真菌接种植物比培育转基因物种更容易、更有效、成本更低。”
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美国地质调查局生物资源部（位于西雅图）的微生物学家拉斯蒂·罗德里格斯正在努力解决另一个农业难题：过热。为了提高番茄植株抵抗高温的能力，他在实验中用从黄石国家公园温泉附近的植物中提取的真菌接种番茄植株。结果：番茄可以在华氏 148 度下生长。“这大约是三分熟烤肋排的内部温度，”罗德里格斯指出。
此外，通过分离真菌中的病毒，他发现了一种三方共生关系，这是耐热性所必需的。“没有病毒，植物只能承受大约华氏 100 度，”罗德里格斯说。真菌和病毒还将耐热性传递给水稻和小麦，这一过程不仅可以提高产量，还可以帮助农作物抵御气候变化的影响。
通过分析来自海滩、沙漠和污染区域的植物，罗德里格斯还分离出了帮助植物抵抗盐、干旱和重金属的微生物。奇怪的是，从生活在无压力区域的植物中提取的相同真菌并没有赋予耐受性。“必须是来自正确栖息地的正确微生物，”罗德里格斯说。从受热胁迫区域选择微生物可以提高水稻产量，水稻产量每升高华氏 1.8 度就会下降 10%。然而，一旦获得，耐胁迫微生物可以通过种子包衣传递给植物的后代。
肯塔基大学研究高羊茅草某些物种的植物病理学家克里斯托弗·L·沙德尔观察到，微生物与植物之间的互惠互利也存在农业缺点。植物中的许多微生物产生具有生物活性的生物碱，可以驱除昆虫、鸟类和食草动物。事实上，在 1950 年代初期，放牧牲畜感染了一种与草中生物碱相关的疾病，称为羊茅毒素病。它会导致震颤和昏迷，以及厌恶进一步放牧。“这给畜牧业每年造成约 10 亿美元的损失，”沙德尔说，并补充说，饲养草饲牛的生产者现在正在播种含有无毒真菌的品种。
识别植物微生物并不容易，因为微生物细胞嵌入在植物组织中。卢塞罗使用扫描电子显微镜和新的焦磷酸测序技术来识别植物组织中微生物的 DNA。
罗德里格斯认为，这项密集的工作将通过帮助农民满足未来的粮食需求而获得回报。基因改造性状成本高昂，并非总是有效，并且会引起相当多的消费者抵制。在许多方面，利用植物自身的微生物来提高作物产量可能会更成功。罗德里格斯说：“我们正在尝试复制自然界的工作方式——不是使用基因，而是使用来自植物自身微生物群落的整个基因组。”