東北地理所在Science Advances發文闡明根際微生物與植物激素信號通路互作調控植物抗旱新機制
干旱脅迫嚴重制約全球作物產能，威脅糧食安全。植物能夠利用激素信號通路調控其抗旱能力，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過程中也發揮關鍵作用。現有研究雖已明確植物激素信號通路與根際微生物組存在互作關系，但根際微生物與植物激素信號通路的互作機理，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通路并調控植物抗旱能力這一科學問題，東北地理所土壤微生物與養分循環學科組田春杰團隊聯合鹽漬土生態與改良學科組李偉強團隊和大豆次生代謝與營養學科組尹小建團隊，利用擬南芥這一模式植物，闡明了關鍵根際微生物Rhodanobacter通過分泌大豆苷，激活煙素（Karrikin，又譯卡里金）信號通路提高植物抗旱能力的新機制。
團隊前期研究發現，煙素受體KAI2蛋白能夠正向調節擬南芥抗旱能力。但是，KAI2蛋白正向調節擬南芥抗旱能力是否依賴土壤微生物，仍然是個未知問題。在本研究中，團隊利用擬南芥野生型（WT）和KAI2受體缺失突變株（kai2），揭示了根際微生物組在KAI2受體介導的植物抗旱中發揮不可或缺的關鍵作用。進一步研究發現，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增強植物抗旱的功能部分依賴于KAI2受體。
圖1 Rhodanobacter依賴KAI2受體調控擬南芥抗旱
研究團隊利用轉錄組和代謝組等多組學技術，結合分子動力學模擬和一系列分子生物學和生物化學手段，對Rhodanobacter依賴KAI2受體提高植物抗旱能力這一現象進行了深入的解析。結果表明，Rhodanobacter能夠分泌大豆苷（Daidzin）這一關鍵類黃酮類化合物，Daidzin能夠與KAI2結合并激活下游信號轉導通路，進而上調一系列抗旱功能基因的表達，提升植物抗旱能力。
圖2 Rhodanobacter激活KAI2信號通路提升植物抗旱能力機制圖
該研究首次揭示了代謝產物介導關鍵根際微生物激活煙素信號通路的全新機制，相關成果增進了對植物－微生物互作的認識，也為利用微生物技術提升植物抗逆能力提供了重要科學支撐。
研究成果近期以“Discovery of specific rhizosphere bacteria Rhodanobacter involved in KAI2-mediated drought tolerance in Arabidopsis”在線發表于AAAS出版社旗下國際頂級期刊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（Texas Tech University）Lam-Son Phan Tran教授，東北地理所田春杰研究員、李偉強研究員、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忠研究員、中國科學院植物研究所王天佐研究員等也參與了本工作。本項研究受到國家自然科學基金（32371734，U22A20593，32370321）、中國科學院戰略性先導科技專項（XDA28020400）和東北地理所青年科學家小組項目（2022QNXZ04，2023HTDGZ-QN-02）等項目的共同資助。
文章鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads2698
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