近日，我國科學(xué)家在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助下，通過整合微生物組學(xué)、分子生物學(xué)、作物遺傳學(xué)、天然產(chǎn)物化學(xué)及結(jié)構(gòu)生物學(xué)等技術(shù)，首次系統(tǒng)揭示了根際微生物組調(diào)控水稻分蘗的功能與分子機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，根際微生物組對(duì)水稻分蘗數(shù)具有顯著影響，且這種影響依賴于植物激素獨(dú)腳金內(nèi)酯途徑。相關(guān)成果發(fā)表于《細(xì)胞》（

　　根際微生物組被譽(yù)為植物的“第二基因組”，在植物的生長發(fā)育與健康中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。水稻作為全球近半人口的主糧作物，其產(chǎn)量直接影響糧食安全，而分蘗數(shù)是決定水稻產(chǎn)量的重要性狀，受遺傳PG電子官網(wǎng)和多種環(huán)境因子調(diào)控。長期以來，根際微生物群落是否參與及如何參與調(diào)控分蘗形成及其分子機(jī)制，一直是學(xué)界未解之謎。闡明這一問題，將為微生物在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用及作物綠色發(fā)展中具有重要的意義。

　　以中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員白洋（現(xiàn)任北京大學(xué)研究員）團(tuán)隊(duì)為首的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)基于182個(gè)水稻品種的基因組數(shù)據(jù)，通過分蘗表型與根際微生物組數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，揭示了根際微生物組與水稻分蘗數(shù)間的密切聯(lián)系。根際微生物組對(duì)分蘗數(shù)變異具有顯著的解釋力（28.2%），且根際微生物組與基因型的互作效應(yīng)占基因型總解釋量的79.9%。通過微生物群落特征與分蘗表型的線性回歸分析，根際微生物的α多樣性和β多樣性均與水稻分蘗數(shù)存在顯著關(guān)聯(lián)。在兩個(gè)獨(dú)立試驗(yàn)田環(huán)境中，研究人員鑒定出12個(gè)與分蘗數(shù)顯著相關(guān)的細(xì)菌菌屬：7個(gè)正相關(guān)菌屬和5個(gè)負(fù)相關(guān)菌屬。

　　利用水稻根際細(xì)菌資源庫，研究人員選擇分蘗相關(guān)屬的關(guān)鍵菌株在實(shí)驗(yàn)室和田間環(huán)境下進(jìn)行功能驗(yàn)證。結(jié)果顯示，Roseateles R780和Piscinibacter R1801兩類細(xì)菌顯著促進(jìn)分蘗，而Exiguobacterium R2567、Burkholderia R2488和Pleomorphomonas R1405三類細(xì)菌則顯著抑制分蘗。為了檢測調(diào)控分蘗的功能是否依賴于植物激素獨(dú)腳金內(nèi)酯通路，團(tuán)隊(duì)檢測了功能菌處理下獨(dú)腳金內(nèi)酯的合成及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)狀態(tài)，同時(shí)在獨(dú)腳金內(nèi)酯合成突變體（d27）及信號(hào)突變體（d14）中進(jìn)行表型驗(yàn)證。發(fā)現(xiàn)Roseateles R780和Exiguobacterium R2567對(duì)分蘗的調(diào)控依賴于水稻獨(dú)腳金內(nèi)酯途徑，但以不同方式發(fā)揮功能：Roseateles R780的促進(jìn)作用依賴于獨(dú)腳金內(nèi)酯的合成及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，而Exiguobacterium R2567的抑制作用更依賴于獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。

　　為了探索Exiguobacterium R2567抑制分蘗的分子機(jī)制，研究人員測試并明確了Exiguobacterium R2567調(diào)控分蘗活性源于菌代謝物，并成功分離出關(guān)鍵活性分子S6，經(jīng)LC-MS及NMR鑒定其為環(huán)二肽cyclo(Leu-Pro)。實(shí)驗(yàn)表明，cyclo(Leu-Pro)可以促進(jìn)OsD53蛋白降解，從而抑制水稻分蘗。研究人員隨即解析了OsD14-cylco(Leu-Pro)復(fù)合物的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合通過MST、BLI、YLG等分子互作實(shí)驗(yàn)，揭示了cyclo(Leu-Pro)與OsD14的作用細(xì)節(jié)，及其與獨(dú)腳金內(nèi)酯功能類似物rac-GR24在結(jié)合方式上的高度相似性。遺傳證據(jù)表明，在突變體d14上cyclo(Leu-Pro)喪失了調(diào)控OsD53蛋白含量和水稻分蘗的作用。

　　cyclo(Leu-Pro)可以模擬獨(dú)腳金內(nèi)酯功能，直接結(jié)合獨(dú)腳金內(nèi)酯受體OsD14并激活獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)，抑制水稻分蘗。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了植物內(nèi)源激素獨(dú)腳金內(nèi)酯調(diào)控分蘗的傳統(tǒng)認(rèn)知，證明微生物代謝物同樣可以精準(zhǔn)操縱PG電子官網(wǎng)水稻分蘗過程。

　　上述研究由白洋團(tuán)隊(duì)、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員/崖州灣實(shí)驗(yàn)室李家洋院士團(tuán)隊(duì)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院教授儲(chǔ)成才團(tuán)隊(duì)、南方科技大學(xué)研究員黃安誠團(tuán)隊(duì)、中山大學(xué)腫瘤防治中心研究員高嵩團(tuán)隊(duì)合作完成，成為植物-根際微生物互作研究的范例。

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