東北地理所在Science Advances發(fā)文闡明根際微生物與植物激素信號(hào)通路互作調(diào)控植物抗旱新機(jī)制
干旱脅迫嚴(yán)重制約全球作物產(chǎn)能，威脅糧食安全。植物能夠利用激素信號(hào)通路調(diào)控其抗旱能力，此外，植物通過根系分泌物招募形成的根際微生物組，在宿主植株干旱脅迫適應(yīng)過程中也發(fā)揮關(guān)鍵作用。現(xiàn)有研究雖已明確植物激素信號(hào)通路與根際微生物組存在互作關(guān)系，但根際微生物與植物激素信號(hào)通路的互作機(jī)理，仍有待深入研究。
為了探討微生物如何通過激活植物激素信號(hào)通路并調(diào)控植物抗旱能力這一科學(xué)問題，東北地理所土壤微生物與養(yǎng)分循環(huán)學(xué)科組田春杰團(tuán)隊(duì)聯(lián)合鹽漬土生態(tài)與改良學(xué)科組李偉強(qiáng)團(tuán)隊(duì)和大豆次生代謝與營養(yǎng)學(xué)科組尹小建團(tuán)隊(duì)，利用擬南芥這一模式植物，闡明了關(guān)鍵根際微生物Rhodanobacter通過分泌大豆苷，激活煙素（Karrikin，又譯卡里金）信號(hào)通路提高植物抗旱能力的新機(jī)制。
團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，煙素受體KAI2蛋白能夠正向調(diào)節(jié)擬南芥抗旱能力。但是，KAI2蛋白正向調(diào)節(jié)擬南芥抗旱能力是否依賴土壤微生物，仍然是個(gè)未知問題。在本研究中，團(tuán)隊(duì)利用擬南芥野生型（WT）和KAI2受體缺失突變株（kai2），揭示了根際微生物組在KAI2受體介導(dǎo)的植物抗旱中發(fā)揮不可或缺的關(guān)鍵作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，干旱條件下擬南芥WT和kai2植株根系分別選擇性募集鏈霉菌（Streptomyces）和羅河桿菌（Rhodanobacter），而Rhodanobacter增強(qiáng)植物抗旱的功能部分依賴于KAI2受體。
圖1 Rhodanobacter依賴KAI2受體調(diào)控?cái)M南芥抗旱
研究團(tuán)隊(duì)利用轉(zhuǎn)錄組和代謝組等多組學(xué)技術(shù)，結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬和一系列分子生物學(xué)和生物化學(xué)手段，對Rhodanobacter依賴KAI2受體提高植物抗旱能力這一現(xiàn)象進(jìn)行了深入的解析。結(jié)果表明，Rhodanobacter能夠分泌大豆苷（Daidzin）這一關(guān)鍵類黃酮類化合物，Daidzin能夠與KAI2結(jié)合并激活下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，進(jìn)而上調(diào)一系列抗旱功能基因的表達(dá)，提升植物抗旱能力。
圖2 Rhodanobacter激活KAI2信號(hào)通路提升植物抗旱能力機(jī)制圖
該研究首次揭示了代謝產(chǎn)物介導(dǎo)關(guān)鍵根際微生物激活煙素信號(hào)通路的全新機(jī)制，相關(guān)成果增進(jìn)了對植物－微生物互作的認(rèn)識(shí)，也為利用微生物技術(shù)提升植物抗逆能力提供了重要科學(xué)支撐。
研究成果近期以“Discovery of specific rhizosphere bacteria Rhodanobacter involved in KAI2-mediated drought tolerance in Arabidopsis”在線發(fā)表于AAAS出版社旗下國際頂級(jí)期刊Science Advances（IF=14.1）。論文第一作者為東北地理所孫雨副研究員；通訊作者為美國得克薩斯理工大學(xué)（Texas Tech University）Lam-Son Phan Tran教授，東北地理所田春杰研究員、李偉強(qiáng)研究員、尹小建研究員；東北地理所為本論文第一單位和通訊單位。此外，東北地理所賈仲君研究員和馮獻(xiàn)忠研究員、中國科學(xué)院植物研究所王天佐研究員等也參與了本工作。本項(xiàng)研究受到國家自然科學(xué)基金（32371734，U22A20593，32370321）、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA28020400）和東北地理所青年科學(xué)家小組項(xiàng)目（2022QNXZ04，2023HTDGZ-QN-02）等項(xiàng)目的共同資助。
文章鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads2698
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