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我校研究团队揭示根际微生物调控大豆-根瘤菌互作效率及适应性机制

核心提示: 4月27日,The ISME Journal在线发表了我校植物科学技术学院李霞教授团队创新性研究论文,该研究揭示了不同土壤条件下大豆根际微生物的变化及其调控快、慢生根瘤菌与大豆互作及在根瘤中定殖特异性的机制,为大豆根瘤菌环境适应性和逆境下提高结瘤效率提供了重要的理论依据。

南湖新闻网讯(通讯员 韩琴)4月27日,The ISME Journal在线发表了我校植物科学技术学院李霞教授团队题为“Variation in rhizosphere microbial communities and its association with the symbiotic efficiency of rhizobia in soybean”的创新性研究论文,该研究揭示了不同土壤条件下大豆根际微生物的变化及其调控快、慢生根瘤菌与大豆互作及在根瘤中定殖特异性的机制,为大豆根瘤菌环境适应性和逆境下提高结瘤效率提供了重要的理论依据。

豆科植物-根瘤菌共生是植物-微生物共生的一种重要类型,这种共生关系的建立非常复杂,受多种因素的影响。大豆与快生根瘤菌(Sinorhizobium)和慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)均能互作共生,但很早人们就发现这两种根瘤菌与大豆互作呈现明显地理性的差异,在东北和南方大豆种植区,大豆根瘤中主要以慢生根瘤菌为主,而在黄淮海大豆主产区,大豆根瘤中快生根瘤菌占绝对优势。

由于这些大豆主产区土壤酸碱性不同,以往的研究认为根瘤菌在大豆根瘤中定殖特异性可能主要由土壤酸碱性决定。大豆根际具有特定微生物群落并受到环境影响。但是在不同土壤类型中大豆根际微生物构成是否发生变化,大豆根际微生物是否影响两种类型根瘤菌与大豆的互作特异性还尚未报道。

本研究发现,来自三个大豆主栽区的三种类型土壤(武汉酸性、吉林中性和河北碱性)中根际微生物的组成存在显著差异,而且根瘤菌与其他根际细菌存在明显互作关系。进一步研究还发现芽孢杆菌和假单胞菌等大豆根际微生物与根瘤中快生和慢生根瘤菌的定殖有关。值得一提的是,在培养的278株候选芽孢杆菌中,蜡样类芽孢杆菌组不仅能特异性地促进快生根瘤菌,抑制慢生根瘤菌的生长,还能缓解盐碱胁迫对快生根瘤菌结瘤的负面影响,增加其在根瘤中的定殖。研究结果证明,根际细菌微生物群在大豆根瘤菌-宿主互作和共生关系形成中发挥着关键作用。这些发现为使用合成细菌群落提高大豆-根瘤菌共生固氮效率提供了科学依据。

该研究由李霞教授团队与中国农业大学,中科院遗传发育所合作完成。我校博士后韩琴为论文第一作者,中科院遗传发育所白洋研究员、中国农业大学陈文峰副教授和李霞教授为通讯作者。相关工作得到了国家重点研发计划项目、转基因生物新品种培育重大专项、国家自然科学基金和华中农业大学自主科技创新基金的支持。

审核人 李霞

论文链接https://www.nature.com/articles/s41396-020-0648-9

责任编辑:徐行
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