詳情

Harnessing biosynthesized selenium nanoparticles for recruitment of beneficial soil microbes to plant roots

作家：Chenyu Sun, Bin Sun, Lin Chen, Meilin Zhang, Pingping Lu, Mengfan Wu, Quanhong Xue, Qiao Guo, Dejian Tang, Hangxian Lai

期刊：Cell Host & Microbe

本事：2024.11.18

影響因子：30.3（2023）

著述選錄

根系分泌物不錯通過重塑根際微生物組來促進植物滋長和督察健康，而根際微生物合成的納米硒顆粒是否在植物微生物組壟斷中起著雷同的作用仍然未知。本商榷中，從汲引在富硒泥土中的玉米根際永訣出大致合成納米硒顆粒（SeNPs）的硒細菌。泥土外源施加SeNPs、細菌趨化性和生物膜變成試驗標明，SeNPs以劑量依賴的面目招募促生菌進而汲引了植物性能。基于硒細菌合成群落試驗、多組學分析和基因敲除考證，揭示了細菌-植物跨界信號級聯介導的硒細菌高效合成SeNPs的機制：謬誤硒細菌芽孢桿菌產生的組胺信號刺激宿主植物根系分泌對香豆酸，硒細菌（如假單胞菌）的rpoS基因反饋付香豆酸進而積極調控SeNPs的合成。本商榷揭示了一種招募宿主有利泥土微生物的新時勢，為植物干系微生物組的定向壟斷提供了新的想路。

主要執行

1.硒細菌合成的納米硒大致招募促生菌

從富硒泥土中汲引的玉米根際永訣出大致合成SeNPs的硒細菌。發現SeNPs大致以劑量依賴的面目指令促生菌芽孢桿菌趨化性和生物膜變成。此外，向取自不同地區的自然泥土中外源施加SeNPs一樣大致富集宿主有利泥土微生物芽孢桿菌（圖1）。這闡述了SeNPs在招募宿主有利泥土微生物中的熱切作用。

圖1

2.芽孢桿菌是植物-微生物互作介導硒細菌高效合成SeNPs的謬誤細菌

計劃到SeNPs對促生菌的召募和植物性能的汲引呈現劑量依賴性效應，進一步揭示了植物-微生物系統中硒細菌高效合成SeNPs的機制。先前的商榷發現，合成微生物群落（SynComs）在促進植物滋長和督察植物健康方面比單菌效果更好。因此，咱們將不同屬的硒細菌就地構建了多個SynComs，每個SynCom含有3-5種硒細菌而細胞數目保合手一致。泉源，咱們測試了SynComs中的硒細菌之間是否存在相互作用促進SeNPs合成。發現單菌的SeNPs合見效能越高，由其構成的SynComs的SeNPs合見效能越高，但低于單菌。標明，硒細菌之間莫得徑直相互作用促進SeNPs合成。

接下來，測試了植物根系分泌物是否參與調控硒細菌合成SeNPs。分根試驗標明，在添加了滋長在滅菌泥土中的玉米根系分泌物后，悉數SynComs的SeNPs合成速度較不施加根系分泌物莫得彰著變化。但是，含有芽孢桿菌的SynComs（舉例SynCom19）在添加了接種該SynComs的植物根系分泌物后，SeNPs合見效能顯耀汲引，并率先了在不含根系分泌物培養下的悉數單菌。咱們還將SynComs接種下的植物根系分泌物添加到亞硒酸鹽溶液中，莫得不雅察到SeNPs的產生，這扼殺了根系分泌物中的化合物將亞硒酸鹽化學收復為SeNPs的可能性。

在SynCom19的菌株水平上進行了測試，發現添加Bacillus sp. ZY519接種下的植物根系分泌物增多了悉數SynCom19菌株成員的SeNPs合成速度。這種根系分泌物莫得彰著影響到SynCom19菌株成員的滋長。SynCom19其他成員菌株不具有該功能。上述截止標明，芽孢桿菌動作謬誤細菌介導植物根系的代謝重編程，特異性地刺激根際硒細菌合成SeNPs（圖2）。

圖2

3.芽孢桿菌產生的組胺是介導硒細菌高效合成SeNPs的低級跨界信號

進一步測試了不同硒細菌代謝家具介導的根系分泌物變化是否影響硒細菌合成SeNPs。發現添加Bacillus sp. ZY519代謝物刺激下的植物根系分泌物增多了悉數SynCom19菌株成員的SeNPs合成速度。為了毀壞信號代謝物，對SynCom19菌株成員的代謝物進行非靶代謝組學分析。基于就地叢林、各別抒發分析和Mantel考驗，Bacillus sp. ZY519產生的組胺被視為候選代謝物。通過組胺外源添加試驗，闡述了該物資是由芽孢桿菌產生的介導硒細菌高效合成SeNPs的低級跨界信號（圖3）。

圖3

4.植物產生的對香豆酸是介導硒細菌高效合成SeNPs的次級跨界信號

基于廣靶代謝組學揭示了組胺指令的植物根系分泌物變化，不施加組胺為陰性對照，接種菌株ZY519為陽性對照。與陰性對照比擬，組胺施加和ZY519接種下的植物根系分泌物中對香豆酸相配孳生物的相對品貌及VIP值更高。基于Mantel考驗，發現對香豆酸相配孳生物的相對品貌與硒細菌的SeNPs合成速度顯耀干系。進一步對候選代謝物對香豆酸進行功能考證，發現該物資的施加能促進硒細菌合成SeNPs，標明植物根系產生的對香豆酸是介導硒細菌高效合成SeNPs的次級跨界信號（圖4）。

圖4

5.對香豆酸通過上調硒細菌中的RpoS基因的抒發積極調控SeNPs合成

為了揭示硒細菌反饋植物根系分泌物進而積極調控SeNPs合成的分子調控機制，對施加和未施加對香豆酸的硒細菌進行了轉錄組學分析。咱們要點商榷了Pseudomonas sp. ZY71，因為與其他硒細菌比擬，對香豆酸指令該菌株SeNPs合見效能的增幅最高。基于各別抒發分析和共抒發網羅分析，毀壞出了一個潛在的謬誤轉錄因子基因rpoS。通過基因敲除闡述了其功能——根系分泌物對香豆酸以rpoS依賴的面目介導Pseudomonas sp. ZY71高效合成SeNPs（圖5）。此外，rpoS在組胺和對香豆酸介導的促生菌招募和植物促生中的作用也獲取了考證。

圖5

歸來

總之，本商榷揭示了一個波及特定微生物和植物代謝物的跨界信號級聯介導根際硒細菌高效合成SeNPs的機制。該機制有利于宿主有利泥土微生物在植物根際富集，從而汲引了植物的性能。本商榷為植物干系微生物組的定向壟斷提供了新的想路。

作家團隊簡介

來航路純熟團隊連年來以功能微生物相配代謝家具的根際微生物組及植物免疫調控為中樞，系統揭示了功能微生物介導下"植物-泥土-微生物"的互作關系，改善植物根際微生態的“功能微生物-土著微生物”互作機制及汲引植物抗性、改善品性的“功能微生物-植物”互作機理，干系后果發表在Soil Biology and Biochemistry、Food Research International、Biology and Fertility of Soils、Plant and Soil等雜志上。

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植物香豆酸微生物SeNPs根系發布于：廣東省聲明：該文不雅點僅代表作家本東談主，搜狐號系信息發布平臺，搜狐僅提供信息存儲空間管事。