首頁資訊植物根系分泌物

植物根系分泌物

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2025年06月22日 05:05

微生物組被認為是植物的第二基因組，在宿主植物的生長、健康和脅迫耐受力等方面發(fā)揮重要作用。根系分泌物是宿主植物調(diào)控功能微生物組互作的重要介質(zhì)，但宿主通過根系分泌物調(diào)控功能微生物組成與維持根際微環(huán)境穩(wěn)態(tài)的相關(guān)機制尚不明確。同時，宿主功能基因（轉(zhuǎn)運蛋白）根系分泌物-功能微生物組級聯(lián)調(diào)控機制相關(guān)的系統(tǒng)研究和案例較少、缺少典型的實驗?zāi)Ｐ汀榇?，中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園（以下簡稱“版納植物園”）熱帶稻種保護與遺傳改良研究組龐志強博士和徐鵬研究員基于前期研究基礎(chǔ)（Pang et al.,2023,Microbiome）及在版納植物園內(nèi)發(fā)現(xiàn)的禾本科植物典型的根系分泌物（氣生根黏液）為研究對象（圖1），提出了一種新的植物功能基因（轉(zhuǎn)運蛋白）-根系分泌物-功能微生物組級聯(lián)調(diào)控的根際互作研究模型。并就宿主（代謝物）-功能微生物（及保衛(wèi)微生物）-環(huán)境（病原）微生物間的穩(wěn)態(tài)維持機制提出假設(shè)，該模型或有助于加深對根系生物學(xué)功能與根際微生物穩(wěn)態(tài)維持的見解。

研究人員發(fā)現(xiàn)典型的根系分泌物（氣生根黏液）與地下根系分泌物化學(xué)組成顯著不同，玉米和高粱等禾本科氣生根植物黏液富含碳水化合物、糖類如黏聚多糖，而地下根系分泌物則富集了更高含量的脂類、生物堿和酚酸（圖1）。此外，微生物組測序和培養(yǎng)組表明氣生根黏液中均富集了高豐度固氮菌（如克雷伯氏菌Klebsiella、草螺菌Herbaspirillum、固氮螺菌Azospirillum等）（圖2）。研究人員進一步利用微生物組功能注釋、固氮能力檢測和分子生物學(xué)等證據(jù)，綜合全球范圍內(nèi)其他禾本科植物的研究發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)均可以幫助宿主固氮并促進宿主生長（圖2），表明黏液-微生物組系統(tǒng)可能對多宿主植物氮利用過程至關(guān)重要。然而，宿主如何選擇這些功能固氮菌并維持其在根際黏液微環(huán)境中的功能與穩(wěn)態(tài)的機制仍不清晰。

根系特異性代謝物和微生物的互作被認為是宿主調(diào)控根際微生物組裝的關(guān)鍵因子，理解根系分泌物塑造和調(diào)控植物微生物組的潛在機制，對于促進植物生長和健康至關(guān)重要。因此，研究者進一步提出將氣生根黏液-益生菌系統(tǒng)作為研究根系分泌物-功能微生物互作的新模型。該研究模型中的科學(xué)假設(shè)和研究方法主要包含四個途徑：（1）確定黏液代謝物和微生物組的共性成分與核心組成（圖3a）；（2）明確根系分泌物和功能微生物組間的互作關(guān)系；（3）解析根際黏液中的功能組成，包括調(diào)控功能微生物組和微生物群穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵代謝物和微生物，并首次提出保衛(wèi)微生物（Gatekeepers Microbes）（圖3b）；（4）解析多種植物氣生根黏液性狀的形成和調(diào)控功能微生物互作過程、潛在機制（如調(diào)控微生物組的Microbiome基因）（圖4）。

最后，研究者提出可采用多組學(xué)方法（基因組、轉(zhuǎn)錄組、代謝組和微生物組）與分子生物學(xué)實驗等分析、驗證宿主黏液代謝物和微生物組的互作，并探究根際生態(tài)位中微生物穩(wěn)態(tài)的調(diào)控機制。該模型為根系分泌物與根際微生境中微生物功能和穩(wěn)態(tài)維持機制提供了新的見解，有助于明確宿主對其微生物組功能的調(diào)控因子與根際穩(wěn)態(tài)互作機制。

該研究是研究人員在前期成果（2023年，Microbiome | 揭示微生物介導(dǎo)的植物氣生根黏液固氮功能及穩(wěn)態(tài)維持機制，Microbiota-mediated nitrogen fixation and microhabitat homeostasis in aerial root-mucilage）的基礎(chǔ)上進一步提出的實驗?zāi)Ｐ停撃Ｐ陀兄诩由顚Φ湫偷母捣置谖镎{(diào)控宿主植物-功能微生物組互作過程及機制的認知，有助于明確宿主功能基因（轉(zhuǎn)運蛋白）-根系分泌物-功能微生物組的級聯(lián)調(diào)控效應(yīng)與機制、深入解析根際生命共同體功能與微生境穩(wěn)態(tài)維持機制，這一典型的根際互作模型將為根系生物互作提供基礎(chǔ)的生物學(xué)見解。相關(guān)研究成果近日以Probiotic model for studying rhizosphere interactions of root exudates and the functional microbiome為題在線發(fā)表于微生物學(xué)經(jīng)典期刊The ISME Journal上，龐志強博士為第一作者和通訊作者，徐鵬研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院特別研究助理資助項目、國家博士后研究人員計劃、云南省“彩云博士后”創(chuàng)新項目等資助。