西南大学李楠楠教授团队在Nature Communications杂志上发表研究成果，在植物根系与内生菌相互作用方面取得新进展
学术
2024-11-15 22:24
广东
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许多植物与内生微生物联系在一起，促进根系磷(P)的吸收。了解根系与内生菌之间的相互作用有助于提高磷的利用率。11月10日，西南大学李楠楠教授团队在《Nature Communications》在线发表题为《Multiomics dissection of
Brassica napus L. lateral roots and endophytes interactions under
phosphorus starvation》的研究成果。该研究表明，调节内生菌组成可以调节甘蓝型油菜对磷的吸收，为开发农业微生物制剂提供依据。研究团队对50个对低磷条件具有不同敏感性的基因型油菜（Brassica napus L.）的内生植物侧根之间的相互作用进行了表征。根据油菜细菌丰度与植物生理指标的相关分析结果，结合平板和土壤接种试验，鉴定出一株能显著缓解油菜缺磷表型的黄杆菌（C2）。通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）和全基因组关联研究（GWAS），利用黄杆菌丰度作为数量性状来探索其潜在机制。在p限制条件下，C2调节脂肪酸和脂质代谢途径。例如，C2可促进亚油酸的代谢，介导根木质素的生物合成，提高对磷的吸收效率。此外，C2抑制了依赖于α-亚麻酸代谢的根茉莉酸生物合成，促进了C2定植，激活了P的吸收。磷(P)是植物生长发育必需的常量营养素，在光合作用、呼吸作用、繁殖等过程中起着重要作用。几十年的研究表明，缺磷会延缓原生根的伸长，影响根毛的生长。尽管许多土壤中磷含量丰富，但由于根际可溶性无机磷酸盐（Pi）含量低，土壤有效缺磷对全球30-40%耕地上种植的作物产量产生了负面影响。在土壤中施用磷肥可以支持植物生长，但这种策略并不一定能促进植物对磷素的吸收，而且可能对作物产量和环境有害。植物对缺磷的生理代谢过程依赖于复杂的磷信号调控网络。目前，从拟南芥（Arabidopsis
thaliana）、水稻（Oryza sativa）和油菜（Brassica napus
L.）中已经克隆并分离到了大量参与磷酸化信号调控途径的转录因子（TFs）、P饥饿诱导基因（PSIs）、microrna等功能基因，如MYB根皮质细胞定位的Pi转运蛋白（PHRs）。coil
-coil超家族、SPX亚家族、SPX- exs （PHO亚家族）和SPX- major Facilitator超家族（SPX-
mfs）是全球转录调控子超家族（SPX）的成员，极大地促进了研究者对磷信号网络的认识。![]()
黄杆菌 C2 介导的植物生长和土壤改良的拟议模型
油菜籽是优质油料高产的主要经济作物，占世界植物油总产量的50%
~
30%。因此，油菜籽品质性状一直是研究的重点。全基因组关联研究（GWAS）和选择性扫描（如Fst）对来自世界各地的数千种不同材料(春化条件不同的三种生态类型-春（S)、半冬（SW）和冬(W)）进行了研究，在遗传信息水平上发现了许多与开花时间、非生物胁迫反应、油脂含量和品质调控相关的基因。油菜籽的生长对缺磷等几种关键化学元素的有效性敏感，施磷肥能有效促进植物生长、产量、油酸含量和成熟期种子中磷的积累。总的来说，油菜籽因其种质资源丰富、地理分布广泛、对磷敏感等特点，已成为基础研究的最佳材料之一。内生菌可以生活在植物细胞或细胞间隙中，与寄主植物建立共生关系。根据其在寄主植物中的作用，内生菌可分为互生内生菌（支持寄主生长发育）、条件致病菌（在一定条件下使其植物寄主发病）和共生内生菌（内生菌的生存依赖寄主代谢物而不影响寄主生长发育）。在自然条件下，共生内生菌可以与许多植物形成有益的共生关系，并在营养限制下帮助宿主响应胁迫和生长。因此，研究如何通过合理配置内生菌，提高养分利用率，促进植物生长，对实现高产具有重要意义。为探索磷限制胁迫下油菜籽根系与内生菌之间的复杂相互作用，该研究筛选了50份天然油菜核心材料，包括3种不同生态型的亲缘关系相对较远的油菜。收集50颗油菜的地下部分，分别在施磷肥（对照、CK）和未施磷肥（低磷、LP）的土壤上进行转录组和扩增子测序。通过细菌丰度与植物生理指标的相关性分析、菌株分离和功能验证，鉴定出一株具有缓解油菜植物磷限制能力的黄杆菌。作者认为，在限磷条件下，可以通过改变共生菌株的组成来调节植物生长，提高植物对磷的吸收和利用效率，从而减少磷肥的施用，缓解磷素资源和生态环境的压力。
