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      本論文引用到九圃植物培養(yǎng)箱BPC500H，研究擬通過(guò)微生物組測(cè)序解析根毛發(fā)育調(diào)控因子對(duì)干旱下根相關(guān)微生物群落組成及裝配模式的影響，并識(shí)別在干旱下受根毛調(diào)控因子影響的關(guān)鍵類群或微生物；通過(guò)微生物培養(yǎng)組學(xué)還原驗(yàn)證關(guān)鍵微生物干旱保護(hù)效應(yīng)（表型）及其植物保護(hù)機(jī)制（轉(zhuǎn)錄響應(yīng)特征）；結(jié)合宏基因組學(xué)鑒定關(guān)鍵微生物功能基因，并通過(guò)微生物遺傳操作進(jìn)行驗(yàn)證。由此，綜合探討干旱下根毛發(fā)育調(diào)控因子介導(dǎo)的植物-微生物的互作及調(diào)控機(jī)制。

文獻(xiàn)引用的九圃產(chǎn)品——九圃植物培養(yǎng)箱BPC500H

      由于根毛是植物根系吸水和與微生物互作的重要前沿細(xì)胞類型，南方科技大學(xué)宋毅課題組通過(guò)利用多個(gè)根毛發(fā)育（根毛密度減少和增多）突變體，發(fā)現(xiàn)多根毛突變體gl2可誘導(dǎo)干旱根內(nèi)微生物群落確性組裝，并特異性誘導(dǎo)有益根瘤菌的富集。本研究通過(guò)高通量分離菌株鑒定以及多體系（PEG平板及土壤體系）還原接菌驗(yàn)證，證實(shí)了受根毛相關(guān)突變體影響的根瘤菌菌株能夠提升植物抗旱性，并揭示其背后的轉(zhuǎn)錄組學(xué)機(jī)制。此外，宏基因組研究表明干旱下微生物精氨酸和脯氨酸代謝通路關(guān)鍵功能基因（如編碼鳥(niǎo)氨酸環(huán)化脫氨酶的ocd基因）在gl2根系微生物組顯著富集。進(jìn)一步通過(guò)細(xì)菌遺傳敲除試驗(yàn)表明該基因顯著影響干旱保護(hù)性根瘤菌對(duì)氧化脅迫的適應(yīng)性，也顯著降低了其植物干旱緩解效應(yīng)。本研究通過(guò)遺傳學(xué)和整合多組學(xué)交叉手段證實(shí)了宿主遺傳效應(yīng)在干旱下植物-微生物互作動(dòng)態(tài)中的作用，揭示了根瘤菌介導(dǎo)的非生物脅迫保護(hù)機(jī)制，拓展了逆境下非豆科植物與根瘤菌有益互作生理生態(tài)學(xué)機(jī)理的認(rèn)識(shí)。

圖1 根毛發(fā)育調(diào)控因子顯著干旱下影響根相關(guān)微生物群落組成且gl2誘導(dǎo)根內(nèi)微生物群落確性組裝。

a-b. 不用基因型根相關(guān)微生物組alpha，beta多樣性組成；

c-d.不同基因型根際微生物組裝模式及不同驅(qū)動(dòng)因素占比。

圖2 多組學(xué)揭示根瘤菌干旱保護(hù)性功能菌株生長(zhǎng)速率，氧脅迫適應(yīng)性及其植物干旱保護(hù)效應(yīng)依賴于脯氨酸代謝通路關(guān)鍵基因ocd。

a. ocd基因在Rhizobium sp. 4F10基因組位置示意圖

b. ocd基因介導(dǎo)L-Ornithine到L-Proline的轉(zhuǎn)化

c-e. Rhizobium sp. 4F10及其突變菌株△ocd接菌表型，初生根長(zhǎng)及鮮重統(tǒng)計(jì)

f. Rhizobium sp. 4F10及△ocd生長(zhǎng)速率差異

g-h. Rhizobium sp. 4F10及△ocd氧脅迫適應(yīng)性差異

圖3 干旱下植物根系-根瘤菌互作的模型圖。

a 不同根毛發(fā)育調(diào)控因子的突變體在干旱條件下影響根部代謝物（如氨基酸和類黃酮）；gl2誘導(dǎo)干旱下根內(nèi)微生物確定性組裝并特異性富集根瘤菌科相關(guān)微生物，增加了其在微生物網(wǎng)絡(luò)中的重要性，此外，gl2根內(nèi)微生物組富集微生物氨基酸代謝轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能通路。

b 干旱保護(hù)性根瘤菌主要誘導(dǎo)植物保護(hù)性糖（trehalose）生物合成和干旱應(yīng)答轉(zhuǎn)錄因子（TFs）等的表達(dá)增強(qiáng)其干旱適應(yīng)性。此外，其通過(guò)根瘤菌關(guān)鍵基因通過(guò)影響自身生長(zhǎng)速率以及干旱下的氧脅迫適應(yīng)性進(jìn)而影響其對(duì)植物的干旱保護(hù)效應(yīng)。

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