陜西
在全球氣候變化背景下，干旱脅迫已成為限制植物生長發育的重要環境因素。花生（Arachis hypogaea L.）是重要的油料作物和經濟作物，可為人類提供植物油脂與蛋白質。然而，花生在生長早期對土壤水分變化尤為敏感，易受干旱脅迫影響，尤其是在我國南方紅壤地區，長期連作容易引發土壤板結、土傳病原菌累積以及土壤理化性質退化等問題，進一步加劇干旱脅迫對花生產量形成的不利影響。因此，探索有效的花生抗旱調控策略具有重要意義。
近期，南京師范大學生命科學學院微生物資源與生態團隊在國際植物科學期刊Plant, Cell & Environment發表了題為 Arbuscular Mycorrhizal Fungus System Recruits Sphingomonas spp. to Enhance Drought Resistance in Peanut的研究論文。該研究揭示了根際微生物群落調控植物抗旱能力的新機制，為理解環境脅迫下植物—微生物協同互作提供了新的認識。
前期研究表明，幼套近明球囊霉（Claroideoglomus etunicatum）能夠提高花生（Arachis hypogaea L.）的抗旱能力，但其潛在作用機制仍不甚清楚。除直接調控植物生理響應外，幼套近明球囊霉還可能通過影響根際其他微生物類群的組成與功能，與其協同作用，從而進一步增強植物的耐旱性。基于此，該研究進一步探究了幼套近明球囊霉接種對花生地下部細菌群落組裝的影響。結果發現，來源于接種幼套近明球囊霉處理花生根際的細菌懸浮液能夠顯著提高植物的抗旱能力。進一步通過構建土壤微宇宙分區體系，對接種滅菌或非滅菌幼套近明球囊霉處理下花生地下部不同區室，包括根室、菌絲室和原土室的土壤樣品，進行 16S rRNA 基因高通量測序與分析。結果表明，鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）的豐度在接種幼套近明球囊霉的花生根室中顯著增加，而在菌絲室中未發生顯著變化，說明該富集效應并非由幼套近明球囊霉菌絲本身直接導致，而可能主要受根際效應所介導。隨后，從接種幼套近明球囊霉處理的花生根際土壤中分離、純化并鑒定獲得一株鞘氨醇單胞菌 W9（Sphingomonas sp. W9）。進一步實驗結果表明，鞘氨醇單胞菌W9不僅能夠提高宿主植物的抗旱能力，還可與幼套近明球囊霉產生協同作用，從而進一步增強宿主的耐旱性。
幼套近明球囊霉在花生根際富集鞘氨醇單胞菌屬，且鞘氨醇單胞菌W9提高花生的抗旱能力
為進一步解析幼套近明球囊霉誘導鞘氨醇單胞菌 W9 發揮抗旱效應的機制，該研究開展了非靶向代謝組學分析。結果發現，L-半胱氨酸作為關鍵潛在信號分子，在接種幼套近明球囊霉處理的花生根際沉積物中顯著富集。相關性分析和體外實驗進一步表明，L-半胱氨酸能夠促進鞘氨醇單胞菌 W9 的生長、生物膜形成和趨化性。進一步利用幼套近明球囊霉接種處理下獲得的根際沉積物培養鞘氨醇單胞菌 W9，并結合發酵液非靶向代謝組學和菌體全基因組學分析發現，L-半胱氨酸可作為第一信號分子，調控鞘氨醇單胞菌 W9 中關鍵代謝通路相關基因的表達，促進其合成第二信號分子玉米素。無菌盆栽實驗表明，外源添加玉米素能夠顯著增強花生抗旱能力。
L-半胱氨酸誘導鞘磷酸菌屬W9中玉米素的合成
綜上，幼套近明球囊霉通過調控根際沉積物中關鍵代謝產物的積累，促進花生根際抗旱細菌群落富集。其中，L-半胱氨酸作為根際沉積物中的第一信號分子，可進一步調控鞘氨醇單胞菌 W9 合成第二信號分子玉米素，從而增強花生抗旱能力。研究構建了植物–AMF–細菌協同互作網絡，揭示了根際微生物群落通過跨界信號級聯調控植物抗旱能力的作用機制，為促進 AMF 共生體組裝、提升微生物組代謝物利用能力及農業可持續發展提供了新的理論依據。
南京師范大學博士生吳曉晗為該論文第一作者，南京師范大學生命科學學院戴傳超教授為通訊作者。南京師范大學生命科學學院張偉副教授和孫凱副教授對該研究作出了重要貢獻。南京師范大學碩士生顧青云、已畢業博士生馬晨雨（現工作單位：山東理工大學）、安徽農業大學碩士生張書源，以及南京師范大學博士生許明輝、碩士生袁睿和李浩然共同參與了該項研究。該研究得到國家自然科學基金項目、江蘇省研究生科研與實踐創新計劃項目、江蘇高校優勢學科建設工程（PAPD）以及句容市科技計劃項目的資助。
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