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【BLK-261】世界で一番活発なお尻 EMIRI 【LorMe周刊】大豆分泌嘌呤类物资招募假单胞菌叮属盐威胁

发布日期：2024-08-23 21:21 点击次数：79

作家：闫涛【BLK-261】世界で一番活発なお尻 EMIRI，南京农业大学硕士在读，主要商讨根际资源与根际微生物互作。

周刊主要展示LorMe团队成员优秀周报，每周如期为您送上学术盛宴！本期周刊为您先容大豆通过分泌嘌呤招募假单胞菌抵触盐威胁，原文于2024年发表在《Nature Communications》上。

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导读

盐威胁是最常见但商讨最少的环境压力之一，严重镌汰了农业出产力。盐威胁会改动植物分泌物的组分，进而影响根际微生物群落。根际有关微生物简略通过各样生理调控经过来收缩盐威胁对植物滋长的不利影响，干系词，盐威胁下植物与微生物群之间相互作用的调控机制尚不明晰。

扫尾

1.野生大豆滋长受盐威胁影响

作家领先使用三种浓度NaCl解决模拟盐威胁，发现盐解决下不错升迁泥土电导率（图1a），同期会影响大豆的平淡滋长（图1c、e），短期的盐解决并不会改动泥土总碳、总氮含量（图1b、c）。

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图1.盐威胁对植物以及泥土理化的影响

2.盐威胁权贵改动泥土中细菌各样性以及上风景种

作家之后对盐威胁下大豆根部、根际以及土体土中的微生物进行分析，发现盐威胁（除高浓度盐威胁）的大豆根部在第7天和14天中香农指数升迁，高浓度盐威胁可能严重影响大豆的滋长，进而死心了微生物的富集，导致香农指数莫得升迁（图2a）。PCA扫尾标明盐威胁下大豆根部微生物群落结构权贵别离与其他部分的微生物结构（图2b），根部中假单胞菌和链霉菌的品貌权贵加多（图2c）。在根际中假单胞菌品貌也权贵加多，可是土体土中并莫得类似的表象（图2c）。以上扫尾标明，野生大豆根、根际泥土和泥土微生物群对盐解决的响应不同，假单胞菌富集在大豆根部以及根际泥土中。

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图2.盐威胁下各部位的微生物组分析

3.盐威胁下大豆根系以及根际土中假单胞菌品貌权贵加多

在变化最大的 10 个属中，假单胞属在根和根际样品中知道出最高品貌（积累相对品貌 > 22.17％）（图 3a、b、d）。与16S扫尾一致，宏基因组相似标明假单胞菌品貌在盐威胁中权贵富集（图3e），况且假单胞菌转录本的相对品貌也更高（图3f）。之后作家使用不同地区的泥土进行类似实践，发现假单胞菌在盐威胁下仍然会富集，标明盐开发的假单胞菌富集在不同的微生物组配景下是保守的。作家发现两株品貌最高的假单胞菌，OTU4227因根部和根际泥土中的盐威胁而富集，而 OTU2336 则推崇出昭彰的生态位偏好，富集在大豆根部（图3g）。

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图3.Pseudomonas富集在盐威胁的大豆根部以及根际泥土中

4.两种假单胞菌分离株缓解了盐威胁对大豆的影响

作家从盐威胁的大豆根部分离出34株假单胞菌，其中YE17与OTU2336相似性最高。此外，之前宏基因组数据知道，Pseudomonas stutzeri是盐威胁的根际泥土中最丰富的假单胞菌属物种，分离株XN05-1激荡为Pseudomonas stutzeri，因此作家选拔YE17以及XN05-1进行后续实践。发当今非盐威胁条目下，唯有YE17加多了根的滋长，干系词在盐威胁下XN05-1和YE17齐显着改善了野生大豆根和芽的滋长（图4）。标明假单胞菌菌株开发的植物滋长增强主淌若针对盐威胁条目的。之后通过qPCR发当今盐威胁下大豆根部假单胞菌的数目更多。

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图4.Pseudomonas对大豆滋长的影响

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5.盐解决的根际土中细胞指令基因和转录本加多

之后为了磋商盐引起的根际群落变化是否与微生物功能的变化有关，作家通过宏基因组分析关键功能阶梯。凭证 COG 数据库，作家不雅察到对照与三种盐威胁之间微生物功能存在显着相反。在盐威胁的根际泥土中，细胞指令、以及细胞代谢有关经过显着丰富（图5a）。与细胞指令有关的基因的倍数变化在通盘 COG 类别中最高。

为了更深切地了解盐威胁下抒发的功能，作家进行了孤苦的盐威胁实践进行转录组分析。作家发现与细胞指令和翻译、核糖体结构和生物发生有关的相反抒发基因（DEG）在盐威胁下分别富集了2.5倍和2.0倍（图5b）。由于细胞指令基因在盐威胁样品的微生物群体中高度转录，因此作家后续对细胞指令基因进行了更精细的分析。细胞指令基因主要包括细菌趋化以及鞭毛拼装两部分。在细菌趋化方面，作家发现甲基接纳趋化卵白（MCP：FC= 6.14）和嘌呤集结趋化卵白（CheW、FC= 4.70）的基因在眼威胁解决中多数富集（图5c）。在鞭毛拼装方面，编码鞭毛卵白FliC的基因权贵富集在盐威胁的根际泥土中高度富集。这些扫尾标明，盐威胁改动了根际群落，使抒发细胞指令基因的细菌占主导地位。

为了详情有助于细菌趋化性和鞭毛拼装抒发加多的微生物种群，作家对有关 DEG 进行了分拨分析。扫尾标明，盐开发的细胞指令加多主要归因于假单胞菌（图5e、f）。此外，菌株XN05-1和YE17基因组均含有细菌趋化系统的两个主要基因簇，况且它们包括编码CheW的三个基因。总的来说，上述扫尾标明盐威胁改动了根际微生物组的转录活性，十分是细胞指令性，而根际功能的变化可能是由假单胞菌属启动的。

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图5.盐威胁对根际微生物群落功能的影响

6.根系分泌物中黄嘌呤招募假单胞菌

作家之后测定大豆根系分泌物，与微生物组进行干系分析，发现大豆根系分泌物中的N-环己基甲酰胺、黄嘌呤和 2,4,5-三甲氧基苯甲酸唯有在盐威胁中被检测到（图6a），标明它们是与盐威胁有关的特定化合物。

由于黄嘌呤含量与盐威胁强度成正比，况且它对东说念主类无害且可生意购买，因此作家接下来热心黄嘌呤是否参与假单胞菌富集。添加黄嘌呤不错权贵改动大豆根际以及根部微生物构成（图6b），况且添加黄嘌呤再现了盐威胁条目下不雅察到的野生大豆根内以及根际假单胞菌富集（图6c）。黄嘌呤与假单胞菌共同添加对大豆的促生后果更昭彰（图6d）。

作家臆想指令有关基因cheW在嘌呤类物资（举例黄嘌呤）招募假单胞菌的经过中阐扬紧迫作用。平板实践发现XN05-1和YE17均推崇出对黄嘌呤的热烈趋化性，况且对嘌呤类物资齐有较强的趋化性。为了进一步考证CheW对假单胞菌趋化和增强植物耐盐性的作用，作家从菌株XN05-1和YE17中敲除了3个CheW基因，发现菌株XN05-1ΔcheW3和YE17ΔcheW3仍然对黄嘌呤推崇出昭彰的趋化性。干系词，XN051ΔcheW1和YE17ΔcheW1十足失去了黄嘌呤的趋化手脚，而XN05-1ΔcheW2和YE17ΔcheW2的趋化手脚受损（图6e、f）。之后使用突变菌株接种盐威胁下的野生大豆幼苗，仍然具有趋化才气的ΔcheW3突变体推崇出与野生型菌株交流进程的植物生物量。趋化才气受损的XN05-1和YE17的ΔcheW1和ΔcheW2突变体均不可推崇出植物生物量的增强（图6g）。这卓著了指令有关基因 cheW 在宿主和有关假单胞菌相互作用中的关键作用。

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图6.大豆根系分泌物中的嘌呤招募Pseudomonas

以上扫尾标明，在盐威胁条目下，野生大豆会分泌特定的代谢物（举例黄嘌呤）并影响根部微生物群以招引假单胞菌物种，进而促进盐威胁下的植物滋长（图7）。

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图7.野生大豆下通过分泌嘌呤类物资招募Pseudomonas缓解盐威胁

结论

根际微生物群在叮属环境压力中阐扬紧迫作用。本商讨初次揭示假单胞菌是盐威胁下根际泥土中的主要和最活跃的成员，不错促进盐威胁离职生大豆的滋长，这支捏了先前报说念的“呼救”表面。为通过微生物改善植物非生物威胁提供了表面复旧。

论文信息

原名：Purines enrich root-associated Pseudomonas and improve wild soybean growth under salt stress

译名：大豆分泌嘌呤招募假单胞菌叮属盐威胁

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-47773-9