近日，南方科技大学生命科学学院生物系宋毅课题组在学术期刊 Nature Communications 上发表了题为“Root hair developmental regulators orchestrate drought triggered microbiome changes and the interaction with beneficial Rhizobiaceae”的研究论文，揭示了根毛发育调控因子参与调控干旱诱导的根系微生物组变化以及与有益根瘤菌互作的新机制。
在全球气候变化的背景下，干旱成为陆地植物和农业生态系统遭遇的主要非生物挑战之一。同时，干旱压力也是导致土壤微生物生态衰退及根际微生物群落有益功能减弱的关键因素。面对多种环境压力，植物能够吸引有益微生物来减轻生存压力，这种策略被视为除了内在抗逆信号机制之外的一种重要适应途径。然而，关于植物在干旱条件下其遗传信号是否以及怎样参与到调控根际微生物群落的动态变化中，目前的研究还不够充分，尚未完全理解。
在该研究中，研究人员利用拟南芥根毛发育（根毛密度减少和增多）突变体，通过根系相关微生物组测序，发现根毛发育突变体显著影响植物根系微生物群落组成及组装模式，其中 gl2（多根毛）突变体可诱导干旱下根内微生物群落的确定性组装，并且特异性诱导根瘤菌科相关微生物富集。研究进一步通过根系共生菌高通量分离培养，以及多体系（PEG 平板及土壤体系）还原接菌实验，确定了受 gl2 影响的根瘤菌菌株可显著提升植物干旱适应性，并揭示了其诱导的植物转录适应机制。此外，干旱下微生物精氨酸和脯氨酸代谢通路关键功能基因（如编码鸟氨酸环化脱氨酶的 ocd 基因）在 gl2 根内显著富集。细菌遗传敲除试验进一步表明该基因不仅显著影响干旱保护性根瘤菌生长速率以及对氧胁迫的适应性，也显著降低了其对于植物的干旱保护效应。本研究通过多组学手段证实了宿主遗传效应在干旱下植物-微生物互作动态中的作用，揭示了根瘤菌介导的非生物胁迫保护机制，拓展了逆境下非豆科植物与根瘤菌互作的认识。
南方科技大学为论文唯一通讯单位。南科大生物系高级研究学者王正洪，科研助理李泽文（已毕业硕士研究生）为并列第一作者，宋毅为论文通讯作者。宋毅课题组张玉洁、廖璟烨、官凯祥、翟景瑄、博士后唐贤礼参与了该工作。南科大郭红卫讲席教授为本课题提供了根毛遗传材料和重要指导，董涛教授参与指导微生物遗传转化体系的构建。兰州大学刘向研究员为微生物群落变化分析提供重要指导。中国科学院昆明植物所、中国科学院西双版纳热带植物园、华南农业大学、东北农业大学等单位在不同类型土壤采集中提供了重要帮助。该研究得到了国家自然科学基金委员会（NSFC）项目、深圳市自然科学基金稳定支持计划项目、深圳市优青项目以及深圳市科技计划项目等的支持。
