ISME | 湖南大学于峰团队研究揭示植物调节根际氧气水平影响微生物组的分子机制！

以下文章来源于Ad植物微生物 ，作者周小马

植物根系为根际（土壤-根系界面）和根内的微生物创造了环境，形成了分类学上多样的微生物群落，即根系微生物组。根系微生物群影响宿主植物的健康状况，包括生长、养分吸收、病原体抗性和抗逆性。例如，研究发现根系微生物群有助于拟南芥（Arabidopsis thaliana）、水稻（Oryza sativa L.）和玉米（Zea mays L.）等植物吸收氮和铁等矿物质元素。最近的研究表明，根系微生物群落还能提高植物在干旱、盐度和弱光等非生物胁迫下的表现。鉴于根系微生物组对植物生长和健康的重要性，根系微生物组被称为植物的第二基因组。

根系微生物组是由宿主、微生物和环境之间复杂的相互作用形成的，而这些相互作用至少部分是由植物基因控制的。因此，了解植物基因对根系微生物群的控制是科学、稳定地应用土壤微生物促进农业发展的先决条件之一。越来越多的研究表明，根系分泌物和植物免疫系统会调节根系微生物组的组装。根部衍生的初级和次级代谢物既是营养物质，也是推动根系周围微生物群落集结的刺激因子。内皮中凯氏带合成和木栓质沉积缺陷的突变体表现出细菌群落组成的改变，微生物群和根内皮之间的相互作用有助于植物矿物质营养的平衡。

此外，微生物群的组成与环境因素（如土壤中的含氧量）密切相关。微生物对缺氧环境的耐受性通常被用来将微生物分为专性需氧菌、兼性厌氧菌、微嗜氧菌和专性厌氧菌。土壤含氧量会随着土壤的干湿而波动，土壤团聚体的中心会形成缺氧生态位。虽然植物根系可以通过消耗或释放氧气来改变根际中的氧气供应，而且土壤中存在与生物相关的氧气水平梯度，但植物是否会调节根际氧气水平以进一步影响微生物区系及其潜在的分子机制尚不清楚。

2024年1月23日，国际权威学术期刊The ISME Journal在线发表了湖南大学生物学院、岳麓山实验室于峰课题组的最新相关研究成果，题为Rice receptor kinase FLR7 regulates rhizosphere oxygen levels and enriches the dominant Anaeromyxobacter that improves submergence tolerance in rice的研究论文。

受体类似激酶（RLK）家族成员 FERONIA 调节拟南芥的生长-防御权衡。在这篇文章中，科研人员通过亚甲基蓝染色、氧通量和电位测量确定了水稻 FERONIA 类似 RLK 7（FLR7）控制根际氧水平。根中氧气运输气孔的形成受 FLR7 的负调控。科研人员通过 16S 核糖体 RNA 基因谱分析，进一步鉴定了在田间生长的 11 个 FLR 突变体（包括 flr7 和野生型 Nipponbare（Nip））的根系微生物群，结果表明这 11 个 FLR 参与了水稻根系微生物组形成的调控。在所有这些突变体的根系微生物群中，Nip 根系微生物群中最丰富的厌氧依赖性菌属 Anaeromyxobacter（厌氧粘细菌）的数量较少，这也是造成大多数突变体与 Nip 之间群落差异的主要原因。宏基因组测序显示，在根系微生物组中，flr7 增加了需氧呼吸，减少了厌氧呼吸。最后，科研人员发现一种具有代表性的Anaeromyxobacter菌株通过 FLR7 提高了水稻的耐淹性。总之，科研人员的研究结果表明，FLR7 能介导根际氧气水平的变化，并丰富有益的优势菌属 Anaeromyxobacter，这可能为通过使用特定环境的功能性土壤微生物来制定植物防涝策略提供了启示。

FLRs会影响水稻根系微生物群的组成，尤其是主要的厌氧依赖性菌属 Anaeromyxobacter

本文转载自Ad植物微生物

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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