干旱是影响植物生长的最严峻非生物胁迫之一，随着气候变化的加剧，干旱对作物产量和生态系统稳定性的威胁愈加严重。近年来，植物根际微生物群落的变化被发现与植物的干旱耐受性密切相关。然而，植物如何通过基因调控动态调节微生物群落，以应对干旱压力，仍缺乏系统的遗传学证据。根毛作为植物根系重要的生长结构，已知在植物吸水和养分获取中起着关键作用，但其在干旱胁迫下对根际微生物群落的调节机制尚不明确。
2024年11月20日，南方科技大学宋毅团队在Nature Communications在线发表了题为Root hair developmental regulators orchestrate drought triggered microbiome changes and the interaction with beneficial Rhizobiaceae的研究论文，该研究揭示了根毛发育调控因子与干旱引发的根际微生物群落变化及有益根瘤菌的相互作用。
本研究通过分析根毛密度高低的突变体，发现根毛调控因子不仅影响植物的根际微生物群落结构，还在干旱条件下调节植物的微生物群落动态。研究发现，根毛相关突变体显著改变了根际微生物的组成，尤其是根瘤菌科（Rhizobiaceae）在干旱胁迫下的表现。我们通过分离并测序了1479株根际微生物，发现多个根瘤菌株具有缓解干旱胁迫的作用。
进一步的宏基因组、根转录组和根代谢组分析揭示了干旱胁迫下植物根部的多组学变化。研究还通过基因敲除技术对根瘤菌4F10株中的鸟氨酸环转氨酶基因（ocd）进行了敲除，发现该基因敲除显著削弱了其缓解干旱胁迫的能力。这一发现为了解根毛调控的遗传机制及其在干旱环境下对微生物群落重塑的作用提供了新的视角。
综上，该研究提供了遗传学证据，证明根毛发育调控因子在重塑干旱诱导的根际微生物群落中发挥着重要作用，揭示了植物根部微生物群落在干旱胁迫中的适应机制。这项研究还表明，根毛影响的根瘤菌科菌株能够缓解植物的渗透胁迫，这一发现支持了根瘤菌科与陆生植物之间长期进化保守的相互作用策略，也为今后通过微生物组工程调控根际微生物群落、提高植物抗旱能力提供了新的思路。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54417-5
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