ISME J丨盐诱导招募可增强植物对盐胁迫适应性的根相关的细菌菌群

论文内容

研究背景：

土壤盐渍是不利于作物生长和产量的主要非生物胁迫之一。高土壤盐度通常会导致植物的离子和渗透胁迫，并进一步诱发氧化应激、营养失调和器官衰老。由于大多数作物对盐敏感，因此确定植物适应盐胁迫的有效策略并进一步开发在盐度条件下提高植物性能的潜在方法非常重要。当在盐胁迫条件下生长时，植物可能会采用多种防御策略来保护自己，例如，形成盐排泄腺或毛状体、重建细胞离子、渗透和活性氧平衡，以及调节关键发育过程，如开花时间。虽然植物的盐适应通常被认为是由遗传分化驱动的，但微生物群最近被解释为植物产生抗逆性的关键因素。植物相关微生物群被称为植物的第二基因组，因为它不仅对调节植物新陈代谢很重要，而且对植物免疫系统也至关重要。在植物相关微生物群中，根源性细菌（RDB），包括根际生物组和内生菌，在过去十年中被广泛研究，以破译它们在植物适应盐度中的作用。一些研究对能够增强植物耐盐性、促进植物生长的根际细菌非常感兴趣，而其他研究则测定了盐胁迫条件下各种植物物种中RDB的组成。但很少有研究测定植物在盐胁迫条件下是否以及如何建立特定的RDB，或者RDB缓解耐盐植物盐胁迫的能力是否与盐敏感植物不同。

本研究的目的是探究植物是否可以招募特定的RDB来增强植物对盐胁迫的耐受性，耐盐植物中的RDB是否比盐敏感植物更有能力增强植物对盐胁迫的适应性，以及RDB在缓解植物盐胁迫方面是否存在功能冗余。

研究内容：

本研究探究了盐敏感和耐盐植物在有/没有盐的土壤条件下根际和内生细菌的组成和变化；分离盐诱导后植物的RDB（根际生物组和内生菌），以检查盐敏感植物和耐盐植物对盐胁迫的生理反应；此外还研究了盐诱导的RDB在增强植物对盐胁迫的适应性方面是否存在功能冗余。

结果表明，盐敏感植物和耐盐植物在受到盐胁迫时招募了不同的RDB，其相关功能也不同，但无论植物耐盐能力如何，盐诱导的特定RDB菌群可以促进植物的生长；植物采用物种特异性策略在根际而不是根内招募有益的土壤细菌；本研究还证明了盐诱导的RDB菌群，而不是单个菌，提供了植物对盐胁迫的持久抗性。

Fig.2 Efficiency of soil microbial communities in alleviating plant salt stress

Fig. 3 Specific root-associated bacteria recruited by plants when challenged by salinity

Fig. 4 Metabolic and ecological functions of root-associated bacteria

Fig. 5 Plant salt adaptation as affected by salt-induced bacterial consortium associated with roots

研究结论：

研究发现，不管植物耐盐能力如何，当其受到盐胁迫时，植物可以招募特定的RDB，以增强植物适应胁迫的能力；虽然植物类型（盐敏感和耐盐）之间存在不同的细菌种类和相关功能，但盐诱导的特定RDB菌群可以持续促进植物生长，这意味着植物可以招募特异的有益土壤细菌，来帮助它们解决盐胁迫；植物物种特异性效应主要发生在根际而不是根内。值得注意的是，盐诱导的RDB菌群，而不是单个菌，提供了植物对盐胁迫的持久抗性。虽然细菌多样性对植物生长和健康的积极影响以前仅在生物胁迫（例如，病原体感染和昆虫攻击）中得到充分证明，但本研究扩展了我们对细菌多样性在减轻非生物胁迫（如盐度）中的关键作用的认识。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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