一年内Nature子刊“独中四元”！浙江大学“国家杰青”团队在根际微生物研究方面取得重要突破
学术
2024-12-29 23:58
江苏
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蕨类植物有着追溯至4亿年前的悠久历史，经历了由自然选择塑造的广泛进化过程，形成了适应各种环境的多样的形态和物种。研究人员记录了一种名为蜈蚣草（Pteris vittata）的刹车蕨，它能够适应并累积来自砷污染土壤中的过量砷（As），这使其成为砷植物修复的有希望候选者。蜈蚣草的独特生长特性使其能够在对其他植物可能致命的砷浓度中茁壮成长。然而，我们对于这种现象背后的机制理解仍然有限。氮（N）是调控微生物和植物生长的关键元素，因此影响着植物修复的效果。通过固氮菌介导的生物固氮提供了一种增强重金属污染土壤植物修复的有希望策略。具体来说，固氮菌利用固氮酶将大气中的N2转化为氨，增加植物根部的氮可用性，从而支持形成足够的生物质，这对于有效的植物修复至关重要。先前的研究观察到了固氮菌在植物修复中的重要作用。例如，固氮细菌（如根瘤菌属和假单胞菌属）通过增强生物固氮来支持耐重金属植物芒草（Miscanthus sinensis）的生长。在矿区，阿尔法变形菌、德尔塔变形菌和蓝藻门的固氮菌在蜈蚣草的根际中显著富集，促进了植物对重金属的积累。间作超富集植物，如蜈蚣草、东南景天（Sedum alfredii）和齿果酸模（Odontarrhena chalcidica），与豆科植物可以借助高效的豆科植物固氮菌群落来增强植物提取效果。尽管氮在植物修复中的重要性已被公认，但超富集植物如何调控生物固氮的机制仍不清楚。近期，国际权威学术期刊Nature Communications发表了浙江大学环境与资源学院徐建明教授团队的最新相关研究成果，题为Arsenic-induced enhancement of diazotrophic recruitment and nitrogen fixation in Pteris vittata rhizosphere的研究论文。重金属污染对土壤生态系统构成了日益严重的全球性挑战，而超富集植物在环境修复和资源回收中发挥着关键作用。固氮菌的富集及其导致的氮素积累促进了超富集植物的生长，并推动了植物修复技术的应用。然而，超富集植物生物固氮的调控机制仍然不清楚。本文报告了砷如何调控超富集植物蜈蚣草（Pteris vittata）生物固氮的机制。通过基于多组学方法的田间调查和温室实验，研究人员发现升高的砷胁迫会诱导关键固氮菌的富集，增强植物氮素获取能力，从而改善植物生长。代谢组学分析和微流控实验进一步证明，特定根系代谢物的上调在招募关键固氮细菌方面起到了至关重要的作用。这些研究结果强调了氮素获取机制在蜈蚣草砷超富集中所起的关键作用，并为植物抗逆性的研究提供了宝贵的见解。![]()
提出的蜈蚣草（Pteris vittata）中砷调控生物固氮的模型
