詳情

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）

根系分泌物不錯(cuò)通過重塑根際微生物組來促進(jìn)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(xì)菌。泥土外源施加SeNPs、細(xì)菌趨化性和生物膜變成試驗(yàn)標(biāo)明，SeNPs以劑量依賴的面目招募促生菌進(jìn)而汲引了植物性能。基于硒細(xì)菌合成群落試驗(yàn)、多組學(xué)分析和基因敲除考證，揭示了細(xì)菌-植物跨界信號(hào)級(jí)聯(lián)介導(dǎo)的硒細(xì)菌高效合成SeNPs的機(jī)制：謬誤硒細(xì)菌芽孢桿菌產(chǎn)生的組胺信號(hào)刺激宿主植物根系分泌對(duì)香豆酸，硒細(xì)菌（如假單胞菌）的rpoS基因反饋付香豆酸進(jìn)而積極調(diào)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(shí)勢，為植物干系微生物組的定向壟斷提供了新的想路。

1.硒細(xì)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(xì)菌。發(fā)現(xiàn)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(qū)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(dǎo)硒細(xì)菌高效合成SeNPs的謬誤細(xì)菌

計(jì)劃到SeNPs對(duì)促生菌的召募和植物性能的汲引呈現(xiàn)劑量依賴性效應(yīng)，進(jìn)一步揭示了植物-微生物系統(tǒng)中硒細(xì)菌高效合成SeNPs的機(jī)制。先前的商榷發(fā)現(xiàn)，合成微生物群落（SynComs）在促進(jìn)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(xì)菌就地構(gòu)建了多個(gè)SynComs，每個(gè)SynCom含有3-5種硒細(xì)菌而細(xì)胞數(shù)目保合手一致。泉源，咱們測試了SynComs中的硒細(xì)菌之間是否存在相互作用促進(jìn)SeNPs合成。發(fā)現(xiàn)單菌的SeNPs合見效能越高，由其構(gòu)成的SynComs的SeNPs合見效能越高，但低于單菌。標(biāo)明，硒細(xì)菌之間莫得徑直相互作用促進(jìn)SeNPs合成。

接下來，測試了植物根系分泌物是否參與調(diào)控硒細(xì)菌合成SeNPs。分根試驗(yàn)標(biāo)明，在添加了滋長在滅菌泥土中的玉米根系分泌物后，悉數(shù)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(yǎng)下的悉數(shù)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(chǎn)生，這扼殺了根系分泌物中的化合物將亞硒酸鹽化學(xué)收復(fù)為SeNPs的可能性。

在SynCom19的菌株水平上進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)添加Bacillus sp. ZY519接種下的植物根系分泌物增多了悉數(shù)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(biāo)明，芽孢桿菌動(dòng)作謬誤細(xì)菌介導(dǎo)植物根系的代謝重編程，特異性地刺激根際硒細(xì)菌合成SeNPs（圖2）。

圖2

3.芽孢桿菌產(chǎn)生的組胺是介導(dǎo)硒細(xì)菌高效合成SeNPs的低級(jí)跨界信號(hào)

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

圖3

4.植物產(chǎn)生的對(duì)香豆酸是介導(dǎo)硒細(xì)菌高效合成SeNPs的次級(jí)跨界信號(hào)

基于廣靶代謝組學(xué)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(duì)照，接種菌株ZY519為陽性對(duì)照。與陰性對(duì)照比擬，組胺施加和ZY519接種下的植物根系分泌物中對(duì)香豆酸相配孳生物的相對(duì)品貌及VIP值更高。基于Mantel考驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)對(duì)香豆酸相配孳生物的相對(duì)品貌與硒細(xì)菌的SeNPs合成速度顯耀干系。進(jìn)一步對(duì)候選代謝物對(duì)香豆酸進(jìn)行功能考證，發(fā)現(xiàn)該物資的施加能促進(jìn)硒細(xì)菌合成SeNPs，標(biāo)明植物根系產(chǎn)生的對(duì)香豆酸是介導(dǎo)硒細(xì)菌高效合成SeNPs的次級(jí)跨界信號(hào)（圖4）。

圖4

5.對(duì)香豆酸通過上調(diào)硒細(xì)菌中的RpoS基因的抒發(fā)積極調(diào)控SeNPs合成

為了揭示硒細(xì)菌反饋植物根系分泌物進(jìn)而積極調(diào)控SeNPs合成的分子調(diào)控機(jī)制，對(duì)施加和未施加對(duì)香豆酸的硒細(xì)菌進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析。咱們要點(diǎn)商榷了Pseudomonas sp. ZY71，因?yàn)榕c其他硒細(xì)菌比擬，對(duì)香豆酸指令該菌株SeNPs合見效能的增幅最高。基于各別抒發(fā)分析和共抒發(fā)網(wǎng)羅分析，毀壞出了一個(gè)潛在的謬誤轉(zhuǎn)錄因子基因rpoS。通過基因敲除闡述了其功能——根系分泌物對(duì)香豆酸以rpoS依賴的面目介導(dǎo)Pseudomonas sp. ZY71高效合成SeNPs（圖5）。此外，rpoS在組胺和對(duì)香豆酸介導(dǎo)的促生菌招募和植物促生中的作用也獲取了考證。

圖5

總之，本商榷揭示了一個(gè)波及特定微生物和植物代謝物的跨界信號(hào)級(jí)聯(lián)介導(dǎo)根際硒細(xì)菌高效合成SeNPs的機(jī)制。該機(jī)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。

來航路純熟團(tuán)隊(duì)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(diào)控為中樞，系統(tǒng)揭示了功能微生物介導(dǎo)下"植物-泥土-微生物"的互作關(guān)系，改善植物根際微生態(tài)的“功能微生物-土著微生物”互作機(jī)制及汲引植物抗性、改善品性的“功能微生物-植物”互作機(jī)理，干系后果發(fā)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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